萬(wàn)家寨引黃工程總干二級(jí)泵站接地系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)分析

史 超

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

萬(wàn)家寨引黃工程位于山西北部，是一項(xiàng)大型跨流域調(diào)水工程。由于泵站修建于山區(qū)，氣候干燥，土壤電阻率高，給接地工程帶來(lái)很大難度。

1 泵站接地網(wǎng)技改必要性分析

總干二級(jí)泵站的接地電阻原設(shè)計(jì)最大允許值為0.6 Ω，工程驗(yàn)收時(shí)接地電阻值達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)多年運(yùn)行，尤其2006年以后，電阻實(shí)測(cè)值達(dá)到2.3 Ω。因此，為保障泵站運(yùn)行安全，對(duì)該接地網(wǎng)改造迫在眉睫。

通過(guò)對(duì)泵站進(jìn)行實(shí)地測(cè)量和勘測(cè)，選取其中具有代表性的地段開(kāi)挖并結(jié)合竣工圖紙對(duì)接地網(wǎng)接地電阻超標(biāo)的原因進(jìn)行了分析。分析可知，腐蝕是阻值增大的最重要原因，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)水平接地體表面銹蝕嚴(yán)重，覆蓋了一層約2 mm的氧化層，嚴(yán)重破壞了接地體與降阻劑、土壤的緊密接觸，導(dǎo)致其導(dǎo)電性能下降。依據(jù)相近泵站工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，鋼質(zhì)接地體普遍使用壽命為10~15年，而本接地系統(tǒng)已敷設(shè)近10年，接近使用壽命。

由于本工程位于黃土高原，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致部分接地網(wǎng)與原設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)偏差，埋深達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，大大加快了接地網(wǎng)的腐蝕速度。另外工程部分地段回填土塌陷，使接地體架空、部分地段降阻劑年久失效，造成接地電阻增大。

2 技改設(shè)計(jì)方案

接地工程設(shè)計(jì)與土壤電阻率、土層結(jié)構(gòu)、含水率、及可施工面積等因素有關(guān)，在以上情況下，確定接地網(wǎng)形狀、大小、材料等是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。由于本工程是改造項(xiàng)目，不具備重新設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的條件，且周邊地形復(fù)雜，外擴(kuò)接地網(wǎng)的可施工面積非常有限。

本工程改造方案采用水平接地體與垂直接地體相結(jié)合的方式。首先在站內(nèi)GIS站、主變周圍重新敷設(shè)一圈環(huán)形水平接地體，新更換的接地體與原接地網(wǎng)可靠連接，在該環(huán)形接地體沿線按一定間隔設(shè)置垂直接地體；其次在廠區(qū)北側(cè)院墻內(nèi)敷設(shè)水平接地輔網(wǎng)，必要時(shí)補(bǔ)打垂直接地體。新增接地網(wǎng)與原接地網(wǎng)相連接的部位設(shè)接地測(cè)量井。

2.1 設(shè)計(jì)基本參數(shù)

2.1.1 接地電阻值

根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》中接地電阻公式，計(jì)算得泵站的接地電阻最大允許值為0.94 Ω，由于本工程接地系統(tǒng)的電阻值仍存在增大可能，設(shè)計(jì)要求泵站的接地電阻最大允許值均為0.6 Ω。

2.1.2 土壤電阻率值

相關(guān)地質(zhì)資料表明，泵站及其變電站周邊大部地質(zhì)結(jié)構(gòu)為弱風(fēng)化白云巖，表面覆蓋一層極薄的黃土層。由于土壤不同深度成分不同，故不同深度土壤電阻率有很大不同。水平接地體的水平埋深設(shè)計(jì)要求為0.8 m，實(shí)測(cè)0.8 m深的土壤平均電阻率為500 Ω·m，水平接地體的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)值取500 Ω·m；垂直接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為3 m，實(shí)測(cè)3 m深的土壤平均電阻率為800 Ω·m，垂直接地體的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)值取 800 Ω·m。

2.2 接地體計(jì)算

2.2.1 單根垂直接地體工頻接地電阻計(jì)算

金屬接地體、降阻模塊、離子接地體是離子接地體常見(jiàn)的產(chǎn)品，此次改造工程采用鍍鋅鋼管。

2.2.2 水平接地體工頻接地電阻計(jì)算

從開(kāi)挖情況發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的水平接地體銹蝕非常嚴(yán)重，部分出現(xiàn)了斷裂，分析其原因，一方面是由于接地網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間太久，另一方面由于水平接地體施工時(shí)周圍包裹了降阻劑，降阻劑在起到降低電阻率的同時(shí)加速了水平接地體中扁鋼的腐蝕速度。因此此次施工采用鍍鋅扁鋼比原先材料加寬加厚，增加一檔。

2.2.3 所需垂直接地體數(shù)量計(jì)算

使用50根離子接地體后，其余地段仍需32根鋼管接地極，共需82根垂直接地體，由此可以看出使用離子接地體后比全使用鋼管接地極的164根減少了一半，解決了接地體間距的問(wèn)題。

3 技術(shù)措施

3.1 降阻劑選用

考慮到泵站周圍土壤電阻率高、接地網(wǎng)場(chǎng)地有限等情況，使用降阻劑降低土壤電阻率。降阻劑分為化學(xué)降阻劑和物理降阻劑。石墨物理降阻劑具有無(wú)污染、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此新敷設(shè)的水平接地體與垂直接地體均采用物理型石墨降阻劑。

具體做法：水平接地體采用在接地扁鋼周圍填鋪0.2 m×0.2 m的石墨降阻劑進(jìn)行降阻；鍍鋅鋼管接地極采用在鋼管外填充直徑為0.2 m的石墨降阻劑進(jìn)行降阻；離子接地體采用專用回填料進(jìn)行降阻。

3.2 接地材料選用

目前，廣泛使用的接地材料有各種金屬接地體、降阻模塊、降阻劑和離子接地系統(tǒng)等，本設(shè)計(jì)使用離子接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)是用耐腐蝕的金屬作為棒體導(dǎo)管，能不斷釋放導(dǎo)電介質(zhì)，導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)專用回填料緩慢滲入周圍土壤中，可長(zhǎng)期、穩(wěn)定地改善土壤環(huán)境的導(dǎo)電性能，達(dá)到良好的降阻目的。

3.3 接地引下線防腐

接地引下線處于兩種介質(zhì)的結(jié)合部，具有不同的腐蝕環(huán)境，很容易由于電位差產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，在引下線與接地體連接處刷防銹漆進(jìn)行防腐。

3.4 電纜溝接地裝置防腐

由于泵站內(nèi)部環(huán)境潮濕，防止電纜溝接地裝置被腐蝕，接地體選用鍍鋅鋼材。接地裝置澆筑于混凝土中也可防止接地材料腐蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

泵站的接地工程是一項(xiàng)關(guān)乎生命安全的系統(tǒng)工程。通過(guò)萬(wàn)家寨引黃總干二級(jí)泵站接地系統(tǒng)改造工程的設(shè)計(jì)，本著經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件和場(chǎng)地等實(shí)際情況，依據(jù)規(guī)范進(jìn)行了計(jì)算，確定了接地裝置的合理數(shù)量，同時(shí)對(duì)一些技術(shù)措施進(jìn)行了對(duì)比分析，可為類似工程提供參考。