降低鐵路變電所接地電阻方法的探究

馮宇

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，高速鐵路已經(jīng)開始進(jìn)入電氣化的時(shí)代，鐵路的動(dòng)力基本上以消耗電能為主。高速鐵路的發(fā)展，其所承載的客流量和運(yùn)載量正在不斷增加，負(fù)荷太重導(dǎo)致列車運(yùn)行所使用的電能消耗多，從而提供的電流要大?；旧先氲氐亩搪冯娏鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于4000安，所以要依靠變電所接地，防止人們被電擊或者線路設(shè)備出現(xiàn)損害以及產(chǎn)生火災(zāi)，保障安全。本文主要探討有關(guān)鐵路變電所接地電阻的相關(guān)知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】鐵路；變電所接地電阻；降低方法

牽引變電所的接地系統(tǒng)是用來保證電氣設(shè)備運(yùn)行正常、避免靜電和雷電的危害、保障人身安全防止觸電的措施。衡量接地系統(tǒng)是否符合標(biāo)準(zhǔn)就是依靠接地的電阻阻值的大小，電阻值被影響的因素有土壤電阻率、土壤結(jié)構(gòu)和接地網(wǎng)形式等。短路電流大和高數(shù)值的土壤電阻率造成牽引變電所接地非常困難，國內(nèi)的很多事故就是因?yàn)樽冸娬镜慕拥叵到y(tǒng)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，短路電流需要的接地電阻的數(shù)值越來越小。

一、接地系統(tǒng)受土壤因數(shù)的影響

土壤電阻率是接地施工的常用的參數(shù)，直接影響著接地電阻的大小、接地電流的分布、接觸電勢等。土壤的電阻率不是一個(gè)恒定值，當(dāng)土壤結(jié)構(gòu)與土壤類型不同，土壤中的含水量和導(dǎo)電離子的濃度不同，都會(huì)影響到土壤電阻率，而且土壤電阻率受溫度或者濕度的影響。例如，未凍的土其電阻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于凍土；普通土電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于砂石土。接地系統(tǒng)中的接地電阻受土壤電阻率的影響非常顯著，進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)離不開準(zhǔn)確的土壤參數(shù)。設(shè)計(jì)有關(guān)牽引變電所的接地系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常將土壤看成半無限大的均勻介質(zhì)，并且考慮單層的土壤結(jié)構(gòu)，然后利用簡化的公式的進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

二、分析接地電阻的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

牽引變電所的接地電阻應(yīng)該符合設(shè)備對(duì)暫態(tài)過電壓、跨步電勢、電位的要求，電阻值的大小取決于牽引回流、土壤電阻率和入地短路電流的數(shù)值。

對(duì)地電位要求的接地電阻。對(duì)地電位是電氣設(shè)備出現(xiàn)接地故障時(shí)，設(shè)備的接地線和接地體以及設(shè)備的外殼等與零電位位置之間相關(guān)電位差。電氣設(shè)備出現(xiàn)接地故障時(shí)，產(chǎn)生的接地電流依靠接地的物質(zhì)，以半球面的形狀朝著地下傳輸，在離地近的地方，因?yàn)榘肭蛎孑^小而電阻較大，電流通過時(shí)電壓下降的值較大，所以電位差較大。在遠(yuǎn)地端，半球面的面積大電阻小，電壓相差不大，所以電位低。地電位要求接地電阻的值R在電流不小于4000安的情況下，阻值不應(yīng)大于0.5歐姆。在高土壤的地方，因?yàn)榻拥卦O(shè)備的電阻值做到規(guī)定時(shí)，就會(huì)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上極不合理，所以可以稍微提高電阻值但不可超過5歐姆，而且要滿足其它的相關(guān)條件。

有關(guān)接觸電勢的標(biāo)準(zhǔn)。人站在電極的附近地面用手接觸出現(xiàn)接地故障的設(shè)備，手腳之間所能承受的最大電位差就是接觸電勢。接地的短路電流在經(jīng)過裝置進(jìn)入大地時(shí)，由于電極的深度不同和形狀的不同，會(huì)出現(xiàn)不同的地表電位，最大的接觸電勢的位置也不固定，不過仍然離電極很近。

接地的短路電流經(jīng)過接地裝置，在大地就會(huì)形成電位分布，地面水平距離0.8米間的電位差成為跨步電勢。接地的短路電流經(jīng)過接地裝置流入大地，因?yàn)殡姌O的深度和電極的形狀不同，產(chǎn)生的地表電位也不同，出現(xiàn)最大跨步電勢的位置不同。

在短路過程中，由于接地電位的升高，導(dǎo)致工頻暫態(tài)電壓對(duì)設(shè)備發(fā)生反擊現(xiàn)象，造成設(shè)備被擊穿或者避雷器被影響，因此，應(yīng)該考慮短路電流的非周期分量對(duì)設(shè)備的影響。目前的牽引變電所多用金屬氧化物制成避雷器。

三、高電阻土壤地區(qū)的變電所施工方案

鐵路局準(zhǔn)備在A地區(qū)建設(shè)變電所，該地區(qū)的氣候干燥而且非常干旱，土壤的電阻率經(jīng)過測定大約在2500歐姆左右，根據(jù)地質(zhì)和土體深層的探測發(fā)現(xiàn)地下半米到一米是堅(jiān)石地層。按照常規(guī)的要求無法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，所以進(jìn)行相關(guān)計(jì)劃后，制定以下方案：人工開挖接地網(wǎng)溝，加深1米加寬0.5米，將地極以埋入的方式埋進(jìn)土地。接地地極的數(shù)量按照預(yù)期的設(shè)計(jì)安裝；在接地極敷設(shè)和接地帶安裝處添加有效的降阻劑，在接地裝置的地區(qū)填入較低電阻率值的土壤，如果效果仍不明顯就在變電所的墻外再敷設(shè)一周，擴(kuò)大電網(wǎng)的面積，增大降阻劑的使用量和開挖的極坑面積，直到達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)；施工方案要經(jīng)過建設(shè)的單位的審核和批準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)部門的建議，牽引變電所為延長接地裝置的耐用時(shí)間將水平帶扁鋼用銅絞線替換，用銅棒替代垂直的角鋼。

四、降低變電所接地電阻的方法

土壤的電阻率偏高就會(huì)導(dǎo)致變電所的接地電阻較大，變電所的接地電阻應(yīng)該考慮電阻設(shè)計(jì)和運(yùn)行的安全問題以及經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化，采取切實(shí)可靠的措施降低變電所的接地電阻。

根據(jù)接地網(wǎng)敷設(shè)的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，接地網(wǎng)的外邊緣閉合狀態(tài)，各角為圓弧狀，水平均壓帶的間距為5米，用來減弱電場，垂直接地極間距不應(yīng)該小于長度的3倍，減小相鄰接地體之間的屏蔽作用。接地極間和水平均壓帶用焊接的方式連接。

在降阻劑的選擇上要注意選擇合適的降阻劑，例如選擇電極、石墨和銅礦石粉等材料制成的降阻劑，降阻效果十分好，不受溫度、環(huán)境介質(zhì)和干濕度的影響，導(dǎo)電性能穩(wěn)定而且具有較好的防腐性能。

接地極可以采用外引接地網(wǎng)法，如果牽引變電所的2000米以內(nèi)有低電阻率的土壤，可進(jìn)行外引接地極。外引接地體的形式有很多，要根據(jù)變電站的實(shí)際情況考慮。如果附近有水可以設(shè)置水下接地網(wǎng)，利用變電所外的土壤電阻率低的位置設(shè)置與主網(wǎng)連接的接地裝置，降低所內(nèi)接地電阻值得要求。上述例子中，A施工地區(qū)土壤多是風(fēng)化的泥巖。山坡下多是河溝和水田，實(shí)施中用水平的接地體連接外引接地體和變電所，降低變電所的接地電阻，避免影響農(nóng)田的耕作和破壞接地體。

如果地下較深處存在低電阻率的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，用深井接地極法。將平面的地網(wǎng)做成立體的地網(wǎng)，利用低電阻率的下層土地降低接地電阻。深井法靠分流的作用降低接地電阻的電阻率。采用深井接地極法，可以利用地下水層的低電阻率，達(dá)到降阻的作用；加大垂直接地極的長度增加接地網(wǎng)電容，達(dá)到降阻的目的；將深井的位置選在變電所的接地網(wǎng)外。

在地中的水平或者垂直的敷設(shè)金屬管道中加入電解化學(xué)質(zhì)，利用土壤的潮氣或者空氣使電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)從而變成電解溶液，提高土壤的導(dǎo)電率，保護(hù)地極不被腐蝕，降低變電所的電阻的電阻率。

五、施工的注意事項(xiàng)

安全的接地網(wǎng)不但保證接地電阻滿足規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)該測試地網(wǎng)內(nèi)的點(diǎn)位分布和跨步電位。接地網(wǎng)的材質(zhì)和地極的材質(zhì)應(yīng)該嚴(yán)格按照計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)選擇。測量接地電阻的方法通常用電橋法，對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的高電阻率地域?qū)嵭兴臉O法測量。接地電阻的測量中，多方向的布線測量以便消除干擾得到最真實(shí)的數(shù)據(jù)。

六、結(jié)語

變電所的接地電阻允許值，是依靠變電所位置的實(shí)際情況決定的，驗(yàn)收的指標(biāo)要根據(jù)跨步電勢、暫態(tài)電壓和對(duì)地電位的最小值進(jìn)行檢測。對(duì)于要降阻的地方，根據(jù)需要花費(fèi)費(fèi)用的多少適當(dāng)提高電阻的允許值。隨著鐵路外部電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，接地系統(tǒng)的建設(shè)時(shí)刻要關(guān)注，降低變電所的接地電阻，保證設(shè)備的安全和人們的人身安全，促進(jìn)高速鐵路的發(fā)展。

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