富春江電廠(chǎng)微波站接地網(wǎng)改造分析

孫海龍，孫杰，張?chǎng)?，壽鑒標(biāo)

（富春江水力發(fā)電廠(chǎng)，浙江省桐廬縣 311504）

富春江電廠(chǎng)微波站接地網(wǎng)改造分析

孫海龍，孫杰，張?chǎng)?，壽鑒標(biāo)

（富春江水力發(fā)電廠(chǎng)，浙江省桐廬縣 311504）

富春江電廠(chǎng)微波站建立在電廠(chǎng)左側(cè)山頂上，每年遭受多次強(qiáng)雷擊。本文分析了微波站地網(wǎng)接地電阻升高的原因，提出采用聯(lián)合接地網(wǎng)改造方案，對(duì)降低土壤電阻率的方法以及接地環(huán)網(wǎng)、接地深井的敷設(shè)進(jìn)行分析研究。同時(shí)，對(duì)接地體的埋設(shè)、焊接等施工工藝提出了新的要求。微波站地網(wǎng)通過(guò)改造后降低了地網(wǎng)接地電阻，改善了地網(wǎng)抗雷電沖擊能力，在降阻及均壓方面取得了顯著的效果。

微波站；接地網(wǎng)；接地電阻

1 概述

微波站引入雷害的途徑多并且遭受雷害機(jī)率高。微波站的防雷與接地應(yīng)進(jìn)行全方位的綜合治理，采取泄放、消峰、均壓等電位的聯(lián)合接地設(shè)計(jì)原理，全面系統(tǒng)地做好微波站的防雷與接地設(shè)計(jì)。

富春江電廠(chǎng)微波站為高山站，該站的微波鐵塔建在機(jī)房后面，高聳突出容易遭受雷擊，站內(nèi)設(shè)備所處的三維空間電磁場(chǎng)強(qiáng)度異常強(qiáng)大。因此，必須考慮進(jìn)出站的外部防雷裝置的完善性，包括接閃器（微波鐵塔）、引下線(xiàn)（微波鐵塔構(gòu)件）以及接地裝置的完善程度。只有外部防雷裝置措施完善了，加上內(nèi)部防雷裝置，才能保證微波站設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 微波站接地網(wǎng)現(xiàn)狀分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)狀況

富春江電廠(chǎng)微波站位于富春江邊上的一座高山上，所處地勢(shì)較高，加上信號(hào)發(fā)射鐵塔，屬當(dāng)?shù)馗呓ㄖ?。站?nèi)電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路已經(jīng)做了防浪涌改造。站內(nèi)設(shè)有等電位接地匯流銅排，采用金屬走線(xiàn)架布線(xiàn)，有完善的二次接地網(wǎng)絡(luò)，所有設(shè)備的金屬外殼均已經(jīng)做接地處理。鐵塔剛改建不久，防腐措施到位，鐵塔沒(méi)有銹蝕現(xiàn)象。

微波站機(jī)房基礎(chǔ)地、鐵塔基礎(chǔ)地均連在一起，微波站接地網(wǎng)在五年前進(jìn)行過(guò)一次小改造，當(dāng)時(shí)采用的是銅鍍鋼接地材料，采用熱熔焊焊接方式連接。接地網(wǎng)在當(dāng)時(shí)改造后，其接地電阻達(dá)到4.0Ω以下，符合改造設(shè)計(jì)方案的技術(shù)要求。微波站接地網(wǎng)在改造后的三年里，電廠(chǎng)高試班每年都對(duì)微波站接地電阻都進(jìn)行檢測(cè)，均符合技術(shù)要求。第四年，電廠(chǎng)高試班再次對(duì)微波站接地電阻進(jìn)行例行檢測(cè)時(shí)，微波站的接地網(wǎng)接地電阻達(dá)到7.09Ω，接地電阻偏高。

2.2 接地網(wǎng)接地電阻每年逐升的原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘察，微波站位于高山頂上，坡度陡峭。現(xiàn)場(chǎng)土壤為不均勻土壤，其地質(zhì)土層上層為紅色風(fēng)化夾石土，表土1m以?xún)?nèi)基本屬于風(fēng)化石土，屬于高電阻率類(lèi)土壤。

從資料室保存的原增建接地網(wǎng)圖紙分析認(rèn)為：原設(shè)計(jì)的接地網(wǎng)按照水平接地模式，在微波鐵塔四周設(shè)置有由熱鍍鋅扁鋼組成的水平接地網(wǎng)，整個(gè)接地網(wǎng)形成環(huán)形閉合接地網(wǎng)，并且在整個(gè)接地網(wǎng)外環(huán)設(shè)置有垂直接地極。隨著時(shí)間的推移，接地網(wǎng)不斷受到雷電沖擊和雨水侵稀作用，特別是在雷電大雨之后，土壤中的導(dǎo)電離子會(huì)逐漸向周?chē)耐寥罎B透擴(kuò)散，造成接地體周?chē)寥缆魇Вㄌ貏e是風(fēng)化石土質(zhì)，因其間隙較大而更為明顯），接地網(wǎng)的阻值隨之呈逐年升高趨勢(shì)，是逐年接地電阻值升高的主要原因。

2.3 微波站接地網(wǎng)改造意義

為了保證微波站接地網(wǎng)接地電阻達(dá)到國(guó)家防雷規(guī)范、電力技術(shù)規(guī)范要求，接地系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)保持在一個(gè)相對(duì)恒定的阻值。對(duì)接地網(wǎng)的改造必須根據(jù)微波站所處地理位置的具體情況，在設(shè)計(jì)地網(wǎng)改造方案時(shí)充分考慮到客觀(guān)因素對(duì)地網(wǎng)造成的影響，盡量減少環(huán)境對(duì)地網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案、品質(zhì)優(yōu)良的工程材料、規(guī)范的施工工藝是一個(gè)優(yōu)良工程不可缺少的條件之一。

3 降低接地電阻的方式

由于微波站所處環(huán)境的地質(zhì)條件復(fù)雜，微波站所在的山頂上為風(fēng)化石、夾石土，均為土壤電阻率極高的風(fēng)化石層，因此，富春江電廠(chǎng)微波站宜采用垂直接地極與水平接地極組成的聯(lián)合接地模式。采用水平接地極，從擴(kuò)大接地網(wǎng)面積來(lái)達(dá)到降低接地電阻的目的。根據(jù)電力接地網(wǎng)接地電阻的組成，我們得知一個(gè)地網(wǎng)的阻值由地網(wǎng)所占的面積和所在地的土壤電阻率兩個(gè)條件決定。在地網(wǎng)面積固定（自然條件所限）的情況下，要得到一個(gè)接地電阻較低的地網(wǎng)阻值，只有在土壤電阻率上下功夫，而土壤電阻率由其所在地的地質(zhì)條件所決定，在地網(wǎng)面積不變的前提下，降低地網(wǎng)接地電阻唯一條件就是改變其土壤電阻率。

常規(guī)接地工程中，降低接地裝置的工頻接地電阻有：利用自然接地體降低阻值；外引接地裝置；采用深井接地方式；擴(kuò)大接地網(wǎng)面積及設(shè)置水下接地網(wǎng)；填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑，人工改善土壤電阻率。

在實(shí)際工作中，要根據(jù)具體情況分別對(duì)待。實(shí)踐證明，在高土壤電阻率地區(qū)進(jìn)行接地網(wǎng)改造，采用填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑，人工改善土壤電阻率是常規(guī)手段之一。當(dāng)?shù)叵螺^深處有低土壤電阻率的地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，采用深井接地方式的接地裝置防雷效果更好。

4 接地網(wǎng)材料的選用

接地材料的選用也是決定地網(wǎng)接地電阻大小的關(guān)鍵。銅的導(dǎo)電性是鍍鋅鋼材的8倍，抗腐蝕性是鍍鋅鋼材的10倍。銅鍍鋼接地材料是一種新型接地材料，它不但具有銅的導(dǎo)電性能，同時(shí)具備鋼的強(qiáng)度。銅鍍鋼的銅層厚度大于0.25mm，在大電流和高頻電流情況下，由于集膚效應(yīng)，導(dǎo)電性能和銅導(dǎo)電率相當(dāng)。根據(jù)美國(guó)接地材料研究（1910～1955），銅的平均腐蝕速率是0.003mm/年，銅的腐蝕可以忽略不計(jì)。

銅鍍鋼接地材料在施工中采用熱熔焊焊接方式。數(shù)以千萬(wàn)計(jì)采用熱熔焊焊接工藝焊接的接地網(wǎng)工程,在使用了50多年后，其焊接連接處性能依然良好。

熱熔焊焊接連接法具有以下優(yōu)點(diǎn)：外形美觀(guān)一致，具有較大散熱面積，導(dǎo)電性能與導(dǎo)體相同，連接點(diǎn)是分子結(jié)合，沒(méi)有接觸面，更沒(méi)有機(jī)械壓力，不會(huì)隨時(shí)間的變化而使連接處松弛或腐蝕。

5 微波站接地網(wǎng)改造方案

5.1 接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)原則

微波站接地網(wǎng)采用聯(lián)合接地方式，將微波站鐵塔基礎(chǔ)地網(wǎng)、微波機(jī)房基礎(chǔ)地網(wǎng)及新擴(kuò)建地網(wǎng)相互連通，共同組成聯(lián)合地網(wǎng)。同時(shí)利用機(jī)房建筑物的基礎(chǔ)（含地樁）及鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋作為接地體的一部分。

新改造接地網(wǎng)分前后兩部分，微波通信樓前接地網(wǎng)主要用于通信樓接地系統(tǒng)，樓后微波鐵塔四周接地網(wǎng)主要用于微波鐵塔接地泄流，兩者外環(huán)連接，形成一個(gè)大的接地網(wǎng)。新建接地網(wǎng)與原接地網(wǎng)連接處不少于4處（盡可能多連接），原接地網(wǎng)微波鐵塔與微波通信樓接地系統(tǒng)所連接的4個(gè)點(diǎn)全部斷開(kāi)，防止微波鐵塔遭雷擊時(shí)產(chǎn)生地反擊侵入微波通信樓機(jī)房。

5.2 接地網(wǎng)布局設(shè)計(jì)

為了降低微波站接地網(wǎng)接地阻值，提高微波站接地網(wǎng)的運(yùn)行時(shí)效，新方案采用新型銅鍍鋼接地材料，采用高效膨潤(rùn)土降阻劑輔助回填，同時(shí)在接地網(wǎng)外環(huán)按照一定的間距設(shè)置深井接地極。深井接地極的主要作用是加強(qiáng)對(duì)雷擊鐵塔時(shí)所產(chǎn)生的雷電流對(duì)地泄流。同時(shí)，由于深井接地極的深層地下土質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)上層土壤緊密，加入高效膨潤(rùn)土降阻劑其接地效果更明顯，也不易流失，對(duì)保持接地網(wǎng)阻值的穩(wěn)定有直接作用。

圖1 接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1，新設(shè)計(jì)接地網(wǎng)為閉合環(huán)形接地網(wǎng)，垂直接地極設(shè)置在接地網(wǎng)外環(huán)，相隔12～18m設(shè)置一個(gè)深井接地極。深井接地極采用機(jī)井方式施工，井深設(shè)計(jì)12m（最好能打到深層低土壤電阻率土層），井直徑100mm。接地網(wǎng)網(wǎng)格寬度為6m×6m或8m×8m。水平接地體采用120mm2銅鍍鋼絞線(xiàn)，垂直接地極采用Φ14.2mm銅鍍鋼接地圓鋼。

為了減少高效膨潤(rùn)土降阻劑的流失，施工時(shí)對(duì)水平接地網(wǎng)的埋設(shè)盡可能深，最好能達(dá)到1m以上。同時(shí)降阻劑的使用量要完全把接地極包裹嚴(yán)實(shí)為準(zhǔn)，建議施工量要達(dá)到30cm（直徑）以上，即每米使用0.1m3。水平接地網(wǎng)溝結(jié)構(gòu)如圖2。

在施工中，新建接地網(wǎng)與舊接地網(wǎng)相交叉處焊接牢固。微波鐵塔的四個(gè)基礎(chǔ)腳采用4×40mm熱鍍鋅扁鋼焊接牢固，再采用熱熔焊方式把4×40mm熱鍍鋅扁鋼就近焊至新建接地網(wǎng)上。施工時(shí)挖開(kāi)微波機(jī)房后的四根原接地引入扁鋼，采用器具切割斷開(kāi)，斷口距離不小于0.5m。

在開(kāi)挖好的接地溝內(nèi)，應(yīng)先回填一部分高效膨潤(rùn)土降阻劑，再安裝水平接地體，接地網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)格交叉處的水平接地體采用“十”字型模具焊接牢固，再回填高效膨潤(rùn)土降阻劑，壓實(shí)后再回填挖出來(lái)的風(fēng)化碎石土，再夯實(shí)。

6 微波站地網(wǎng)施工注意事項(xiàng)

山體接地網(wǎng)工程施工中必須做好安全防護(hù)工作，防止意外傷害，防止設(shè)備事故。焊接動(dòng)火時(shí)必須做好消防隔離，嚴(yán)防山體著火。施工時(shí)遇暴雨、大風(fēng)或強(qiáng)雷擊天氣應(yīng)停止施工，人員撤離至室內(nèi)。

接地網(wǎng)焊接完畢后，應(yīng)清除掉焊接點(diǎn)處的焊藥渣，再進(jìn)行土方回填。土方回填時(shí)應(yīng)先填入降阻劑，細(xì)土。待把接地裝置填埋不見(jiàn)后，再回填土質(zhì)較差的土方，并砮實(shí)，恢復(fù)水泥地面、綠化植被等。

7 結(jié)論

富春江電廠(chǎng)微波站接地網(wǎng)改造工期歷時(shí)2個(gè)月，施工完成后接地電阻測(cè)量為3.6Ω，符合國(guó)標(biāo)不大于5Ω要求。經(jīng)歷了多次雷雨天氣考驗(yàn)后，沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備事故。

由于微波站地理位置的局限性，改善接地網(wǎng)最有效的辦法仍然是降低土壤電阻率和接地環(huán)網(wǎng)、接地深井的敷設(shè)。接地體的埋設(shè)、焊接等施工工藝是影響接地網(wǎng)壽命的主要原因。同時(shí)還應(yīng)做好山體周?chē)乃亮魇Х婪豆ぷ?，加?qiáng)種植草皮樹(shù)木，改善自然生態(tài)環(huán)境，延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用年限。

圖2 接地網(wǎng)溝結(jié)構(gòu)示意圖

[1] 郵電部基建司．GB 50689—2011通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012．

[2] 中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)．GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[M] ．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006．

[3] 虞吳．現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)．北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4] （德）哈塞．低壓系統(tǒng)防雷保護(hù)．北京：中國(guó)電力出版社，2004.

孫海龍（1975—），男，本科，工程師，從事高電壓試驗(yàn)、變配電檢修工作，近期重點(diǎn)研究高電壓試驗(yàn)技術(shù)在發(fā)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用。E-mail：hailong-sun@sgxy.sgcc.com.cn

孫 杰（1970—），男，本科，工程師，從事機(jī)電設(shè)備檢修與管理工作，近期重點(diǎn)研究水電廠(chǎng)運(yùn)維設(shè)備管理。

張 鑫（1977—），女，碩士，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備自動(dòng)化及繼電保護(hù)工作，近期重點(diǎn)研究電力系統(tǒng)自動(dòng)化及繼電保護(hù)研究、應(yīng)用。

壽鑒標(biāo)（1967—），男，本科，工程師，從事水電廠(chǎng)一次設(shè)備檢修、設(shè)備改造及管理工作，近期重點(diǎn)研究電氣一次設(shè)備改造管理。

Reconstruction Analysis of the Microwave Station’s Ground Grid in Fuchunjiang Power Plant

SUN Hailong，SUN Jie，ZHANG Xin，SHOU Jianbiao
（Fuchunjiang Hydro-Power Plant，Tonglu 311504，China）

Built on the mountaintop on the left of Fuchunjiang power plant，the microwave station of the power plant suffers from several times of lightning strokes each year. After analyzing the reasons for the increase of ground resistance in the ground grid of microwave station，this article proposes that the reconstruction scheme of uniting ground grid should be adopted to analytically investigate the method of reducing the earth resistance as well as the installation of grounding looped network and grounding deep wells. At the same time,new requirements are put forward to the installation of grounding devices and the construction technologies such as welding. By reconstructing the ground grid of microwave station，the ground resistance of ground grid is lowered，the ground grid’s ability to resist the lightning impulse is improved and significant effects are obtained in the aspect of resistance reduction and pressure equalizing.

microwave station；grounding gird；ground resistance