高土壤電阻率條件下的牽引變電所接地設(shè)計分析

王洋

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司）

摘 要：本文簡單介紹了目前各種降阻方法及限制條件，對高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻值的合理性進行了探討，并結(jié)合實際工程，提出了高土壤電阻率地區(qū)牽引變電所接地設(shè)計的綜合降阻方案，并校驗了接觸電勢和跨步電壓，旨在保證設(shè)計的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；高土壤電阻率；接地電阻

引言

由于我國的西北地區(qū)普遍存在干旱少雨的地理特征，所以在此范圍內(nèi)的高土壤電路率地區(qū)較為普遍，又因為目前客運專線在城鎮(zhèn)地區(qū)征地較為困難，牽引變電所需要做到占地面積小且接地設(shè)計達標(biāo)，所以在有限的接地網(wǎng)面積內(nèi)降低接地電阻的問題隨著客運專線的建設(shè)越來越突出。

牽引變電所接地設(shè)計對鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全性、可靠性都有著至關(guān)重要的作用。接地系統(tǒng)不僅為各種電氣設(shè)備提供了一個公共的接地點，而且在故障時具有排泄短路電流，保證所內(nèi)地電位在安全范圍之內(nèi)。因此，探討高土壤電阻率條件下牽引變電所接地設(shè)計是一件很有意義的事情。

1 各種降阻方法及限制條件

1.1 擴大接地網(wǎng)面積

目前工程中普遍采用的復(fù)合接地體接地電阻計算見式（1）：

（1）

式中Rw為復(fù)合接地體的接地電阻，？贅；Re為等值方形接地網(wǎng)的接地電阻，？贅；S為接地網(wǎng)的總面積，m2；L0為接地網(wǎng)的外緣邊線總長度，m；L為水平接地極的總長度，m；d為水平接地體的等效直徑，m；h為水平接地體的埋深，m。

由式（1）可見，增大接地網(wǎng)面積對于降低接地電阻具有明顯作用?？墒?，面對城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)征地困難的地區(qū)或山區(qū)，并不能實現(xiàn)接地網(wǎng)的擴大或外引。

1.2 接地體局部換土

根據(jù)式（1），接地電阻均與土壤電阻率成正比。因此，更換電阻率低的土壤是一種最直接有效的方法。但是，對于工地周邊無低電阻率的土壤的地區(qū)，要花費長距離運費顯然不經(jīng)濟。

1.3 降阻劑降阻

降阻劑應(yīng)用原理是通過擴散和滲透作用到土壤之中降低土壤的電阻率。滲透性較強的降阻劑，降阻效果好，但是穩(wěn)定性較差，如遇到雨水沖刷就會降低降阻效果。離子類的降阻劑會在缺水的情況下產(chǎn)生離析變成顆粒狀的晶體，這時離子類的降阻劑就會失去導(dǎo)電性。

1.4 深井接地降阻

這種方法適用于深層土壤電阻率較低，或是深層具有地下水的地區(qū)，可將接地體穿透水層。但是對于深層土壤電阻率依然很高的區(qū)域，效果不明顯。

1.5 離子接地極降阻

離子接地極釋放活性電解離子是因為其陶瓷合金化合物之中含有電解離子化合物，通過潮解作用就能不斷的釋放電解離子增強土壤中的導(dǎo)電性，從而降低土壤中的電阻率?？墒牵x子接地極比較依賴土壤中的水分才能實現(xiàn)電離，如果在長期缺水的環(huán)境下，效果不好且不經(jīng)濟。

2 選擇合理的接地電阻值

由于牽引變電所屬于有效接地系統(tǒng)，其接地裝置的接地電阻應(yīng)符合式（2）：

（2）

式中Rj為采用季節(jié)變化的最大接地電阻，？贅；Ij為計算用的經(jīng)接地網(wǎng)入地的最大接地故障不對稱電流有效值，A。

目前，普遍認為牽引變電所的接地電阻值不應(yīng)大于0.5？贅，其實，這種思路是陳舊的。根據(jù)式（2），假如某些牽引變電所短路電流小于1000A時，接地電阻可提高到2？贅，假如對于西北地區(qū)330kV電壓等級的大容量客專牽引變電所短路電流普遍超過4000A，如果只追求接地降阻而不驗算接觸電勢和跨步電壓就脫離了接地的實質(zhì)。

《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》（TB10009-2016）這本新規(guī)范相對于2005年的舊規(guī)范對于高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻值取消了不應(yīng)超過5？贅的規(guī)定，可見，現(xiàn)在更應(yīng)關(guān)注接地的安全性而不是一味地單純降阻。因此，對于高土壤電阻率地區(qū)在保證安全性的條件下可以適當(dāng)提高接地電阻值。

3 某工程的綜合降阻方案

本文以某客運專線高土壤電阻率地區(qū)AT所為例。通過土壤電阻率分層擬合，得到該AT所所在地等值土壤電阻率為1500？贅·m。本次設(shè)計不推薦采用降阻劑和離子接地極，因為這二者在長期惡劣的環(huán)境條件下易失效。因此，通過延圍墻敷設(shè)復(fù)合接地體，適當(dāng)擴大地網(wǎng)面積加上局部換土和深井接地的方式降阻。根據(jù)資料，該AT所的短路電流取3kA。因此，接地電阻應(yīng)做到0.67？贅以下。

4 校驗接觸電勢和跨步電壓

當(dāng)牽引所亭電源側(cè)短路時，其接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應(yīng)大于式（3）[1]和式（4）[1]：

式中Ej為接觸電位差，V；Ek為跨步電位差，V；？籽b為人腳站立處地表面的土壤電阻率，？贅·m；Cb為表層衰減系數(shù)；t為接地短路電流的持續(xù)時間，s。

經(jīng)計算，采用以上降阻措施后，得到Ejm最大接觸電勢502V小于Ej最大允許接觸電勢625V，Ekm最大跨步電壓1580V小于Ek最大允許跨步電壓1750V。因此，當(dāng)接地電阻應(yīng)等于0.67？贅時，其最大接觸電勢和最大跨步電壓是滿足要求的。

結(jié)束語

本文通過分析目前各種降阻方法及限制條件，指出一味地追求降低接地電阻值并不是接地設(shè)計的實質(zhì)，并結(jié)合工程實例，校驗了接觸電勢和跨步電壓，以保證接地設(shè)計的安全性和可靠性。牽引變電所的接地設(shè)計應(yīng)因地制宜，結(jié)合實際情況，綜合各種環(huán)境因素，采用綜合的降阻措施，以便降低工程造價，達到科學(xué)設(shè)計。

參考文獻

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[3]水利水電部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.