地鐵車站綜合接地設(shè)計方案研究

摘 要：基于新版地鐵設(shè)計規(guī)范要求利用自然接地體作為車站綜合接地裝置的一部分，文章分析比較了新舊地鐵綜合接地設(shè)計方案的特點，提出了符合新版規(guī)范要求的新的地鐵綜合接地設(shè)計方案，為地鐵車站綜合接地設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；綜合接地；自然接地體；人工接地網(wǎng)

1 概述

文章的研究是建立在對深圳地鐵的設(shè)計和建設(shè)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，并參考了國內(nèi)外地鐵設(shè)計的新進理念，對地鐵地下車站綜合接地的設(shè)計方案進行探討和總結(jié)。2013版新的國家標準《地鐵設(shè)計規(guī)范》對地下車站綜合接地的設(shè)計要求與舊版規(guī)范相比有所變化，文章根據(jù)新規(guī)范的要求對地鐵綜合接地網(wǎng)的設(shè)計進行研究和探討，提出了符合新規(guī)范要求的地鐵地下車站綜合接地設(shè)計方案，為今后地鐵車站綜合接地的設(shè)計提供參考。

2 舊的地鐵綜合接地網(wǎng)設(shè)計方案

根據(jù)2003版的《地鐵設(shè)計規(guī)范》[1]14.7.5條關(guān)于接地的規(guī)定“為節(jié)省投資及減小接地電阻值，有條件時，可利用自然接地體作為接地裝置”，未對利用自然接地體作為接地裝置做強制性要求。因此，出于對雜散電流腐蝕防護的角度考慮，國內(nèi)地鐵車站通常的綜合接地做法是在車站結(jié)構(gòu)底板下方設(shè)置人工接地網(wǎng)，且人工接地網(wǎng)與車站的主體結(jié)構(gòu)鋼筋保持電氣絕緣，車站各系統(tǒng)綜合接地的電阻大小僅僅取決于人工接地網(wǎng)的接地電阻值。在2013版《地鐵設(shè)計規(guī)范》[2]頒布以前，國內(nèi)地鐵地下車站的綜合接地大多采用類似的做法[3]，該方案的綜合接地系統(tǒng)概念圖如圖1所示。

舊的地鐵車站綜合接地設(shè)計方案中，車站僅在站臺板下設(shè)置一套人工接地網(wǎng)。車站兩端分別設(shè)置三組接地引出線，與引出線相連分別設(shè)置三個接地母排PCE、WCE和PSCE，分別用于強電設(shè)備、弱電設(shè)備和車站設(shè)備的接地連接，其中，PCE與WCE的引出線之間的距離應(yīng)大于20米。接地線從接地母排引出，連接至各接地端子箱，接地端子箱之間采用手拉手的方式串聯(lián)成環(huán)，最后再接回至接地母排。車站內(nèi)需要接地的設(shè)備分別就近接至接地端子箱，強電設(shè)備接至強電接地端子箱，弱電設(shè)備接至弱電接地端子箱，需要等電位連接的設(shè)備如FAS管、水管等直接連接至車站設(shè)備接地母排。

地下車站綜合接地網(wǎng)僅利用人工接地網(wǎng)做接地裝置時，具有如下特點：

（1）人工接地網(wǎng)的形狀較規(guī)則，材質(zhì)較為確定，土壤電阻率就某個車站而言較為均勻，便于接地電阻值的計算與測量。地鐵車站人工接地網(wǎng)接地電阻的計算可按照《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》[4]附錄A中所提供的方法進行計算。

（2）對于雜散電流的防護影響較小，一方面，地鐵低壓配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，正常工作情況下PE線不帶電，且人工接地網(wǎng)和車站結(jié)構(gòu)主筋之間采取了絕緣措施，對于車站結(jié)構(gòu)主筋能起到較好的雜散電流腐蝕防護作用。

（3）當車站所在位置土壤電阻率較高時，綜合接地電阻值難以滿足要求，還需采用其他降阻措施，未能充分利用地下車站結(jié)構(gòu)鋼筋埋于土壤中的優(yōu)勢來降低接地電阻。

（4）所有設(shè)備的接地和等電位連接，均通過接地引上線和接地母排實現(xiàn)接地，接地連接的電纜數(shù)量較多。

3 新的地鐵綜合接地設(shè)計方案

根據(jù)新版的2013版《地鐵設(shè)計規(guī)范》第15.7.12條規(guī)定：“變電所應(yīng)利用車站結(jié)構(gòu)鋼筋或變電所結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)鋼筋等自然接地極作為接地裝置，并宜敷設(shè)以水平接地極為主的人工接地網(wǎng)。自然接地裝置和人工接地網(wǎng)間應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點相連接。自然接地極與人工地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)能分別測量。”可見新版的規(guī)范對于利用車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋等自然接地體作為接地裝置做了強制性規(guī)定，在地鐵車站中必須利用結(jié)構(gòu)鋼筋等自然接地極作為接地裝置。當在確定僅僅采用自然接地極作為接地裝置滿足要求的前提下，還可不做人工接地網(wǎng)。

在新版地鐵設(shè)計規(guī)范頒布以后，在地下車站的綜合接地設(shè)計中，作者在借鑒和吸收了國內(nèi)新進地鐵設(shè)計經(jīng)驗基礎(chǔ)上，提出了滿足新版設(shè)計規(guī)范的地鐵地下車站綜合接地方案，如圖2所示為新的地鐵地下車站綜合接地設(shè)計方案概念圖。

新的地鐵車站綜合接地設(shè)計方案中，車站綜合接地網(wǎng)由人工接地網(wǎng)和自然接地體兩部分組成，施工過程中，兩部分單獨施工，分別測量接地電阻，施工完成后再連接成一個整體。人工接地網(wǎng)在車站兩端僅分別設(shè)置組接地引出線，一組接地引出線接至強電設(shè)備接地母排PCE，一組用于和車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)組成的自然接地體相連。在車站主體結(jié)構(gòu)施工過程中，多處預(yù)埋連接至自然接地體的接地鋼板。弱電設(shè)備接地母排WCE和車站設(shè)備接地母排PSCE僅需就近連接至車站預(yù)埋接地鋼板即可。車站設(shè)備與接地端子箱的連接作法與舊方案相同。

新方案具有如下特點：

（1）同時利用了車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋和人工接地網(wǎng)作為接地裝置，能有效地降低整個接地裝置的接地電阻，即使在土壤電阻率較高的地方，也能獲得較低的接地電阻值。

（2）由于利用了車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地極，便于對于車站內(nèi)的設(shè)備和金屬構(gòu)件進行等電位連接，接地引入點可以分散設(shè)置于需做等電位連接的場所，僅需在必要的場所預(yù)埋接地端子與車站結(jié)構(gòu)鋼筋相連即可，節(jié)省了接地電纜的數(shù)量和接地連接的工程量。

（3）新方案接地的可靠性較高，因為整個車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)被連接成一個整體，設(shè)備只要連接至主體結(jié)構(gòu)鋼筋就能

進行可靠的接地，大大縮短了接地線路的長度，減小了接地線路斷路的風險，從而提高了設(shè)備接地的安全性和可靠性。

（4）減少了人工接地網(wǎng)接地引出線的數(shù)量，同時接地引出線和車站主體結(jié)構(gòu)無需再保持絕緣，降低了車站結(jié)構(gòu)底板施

工的難度。

4 新舊方案比較

地鐵地下車站的兩種接地方案從接地效果（接地電阻）、接地可靠性、施工難度、雜散電流防護、經(jīng)濟性等方面進行比較，如表1所示。

新方案利用了自然接地極作為綜合接地網(wǎng)的一部分，因此，可以顯著減小綜合接地的接地電阻提升接地的效果。由于可以從多點方便接入車站的結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)實現(xiàn)接地，因此，也顯著提升了接地的可靠性。從施工的工程難度考慮，舊方案接地電纜的敷設(shè)工作量較大，新方案大大減少了接地電纜敷設(shè)的工作量但增加了土建專業(yè)結(jié)構(gòu)鋼筋連接的工作量，因此，兩方案的施工難度相當。低壓系統(tǒng)配電均采用TN-S系統(tǒng)，正常工作的情況下PE線上均無電流通過，雜散電流的防護效果取決于雜散電流收集網(wǎng)和車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)之間的絕緣效果，這一點對于新舊方案均是一致的。但在新方案中，由于人工接地網(wǎng)與車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋連接為一體，因此，要求提高人工接地網(wǎng)與雜散電流收集網(wǎng)之間的絕緣性要求。從經(jīng)濟性角度評價，新方案減少了接地電纜連接的工程量，增加了土建專業(yè)結(jié)構(gòu)鋼筋連接的工程量，兩者總體工程量是相當?shù)摹?/p>

5 結(jié)束語

通過對新舊地鐵地下車站綜合接地方案的分析比較可知，根據(jù)2013新版《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求設(shè)計的地鐵地下車站綜合接地方案，從接地的效果和接地可靠性方面均有顯著提升，這對于地鐵的電氣安全性和可靠性來說是至關(guān)重要的?？紤]到地鐵地下車站設(shè)置人工接地網(wǎng)的施工難度、工程量和經(jīng)濟性，部分設(shè)置于土壤電阻率較低場所的地下車站，也可考慮僅利用自然接地極做綜合接地網(wǎng)，文獻[5、6]已論證其可行性，新版地鐵設(shè)計規(guī)范提出采用自然接地體作為綜合接地網(wǎng)的一部分是有其科學依據(jù)的。

參考文獻

[1]GB50157-2003.地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]GB50157-2013.地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[3]周超，曹明淑，劉強.地鐵車站接地設(shè)計探討[J].都市快軌交通，2009，22（5）.

[4]GB50065-2011.交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社.

[5]黃德勝.關(guān)于地鐵接地問題探討[J].地鐵與輕軌，1998（2）.

[6]黃德勝.再談地鐵接地問題[J].都市快軌交通，2006，19（3）.