深井壓力注漿接地技術(shù)研究在變電站中的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 羅 海 國(guó)網(wǎng)榆林供電公司 魏 鐸 白 璐 屈宏志 艾鋮杰

西安卓力科技發(fā)展有限公司 楊 雄 程 營(yíng) 王 盛

作為新型接地技術(shù)，變電站的壓力注漿深井接地技術(shù)包含在國(guó)家電網(wǎng)公司國(guó)網(wǎng)基建部關(guān)于發(fā)布依托工程設(shè)計(jì)新技術(shù)推廣應(yīng)用實(shí)施目錄中，該技術(shù)有效地解決了砂礫土及裂隙巖等電阻率較高的地區(qū)傳統(tǒng)接地材料和接地網(wǎng)施工方法難以符合設(shè)計(jì)規(guī)范的問(wèn)題，避免接地不良和雷擊跳閘等事故，為長(zhǎng)期的變電站接地系統(tǒng)做出可靠和穩(wěn)定的技術(shù)保證。當(dāng)前電力建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)算和預(yù)算分配中，缺少與壓力注漿匹配的子目。在之前對(duì)壓力注漿的接地技術(shù)進(jìn)行安裝時(shí)，總預(yù)算的計(jì)算方法基本使用的是電力行業(yè)通用的“降阻劑”計(jì)算，或安裝成本根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)乘以設(shè)備和材料成本計(jì)入工程成本，這就導(dǎo)致費(fèi)用的精度和實(shí)際費(fèi)用有很大不同，不符合成本合理化的成本管理要求[1]。

1 壓力注漿下的深井接地技術(shù)

壓力注漿深井接地技術(shù)最明顯的特點(diǎn)就是利用機(jī)械鉆井，降阻材料是從管狀接地體的內(nèi)部注入，這也就使泥漿是從導(dǎo)流孔的位置流入到深井下部[2]。封井后，降阻材料注入巖土中并在注入巖土周?chē)慕饘俚V物質(zhì)層、地下水層及巖土縫隙中進(jìn)行擴(kuò)散，以更好的達(dá)到降低巖土視在電阻率的目的。

注漿工藝研究：在深井接地中使用注漿技術(shù)主要分為裂隙巖注漿法、砂礫石層注漿法。常用的砂礫石層注漿法主要有套管護(hù)壁注漿法、套管閥注漿法、鉆進(jìn)同步注漿法、打花管注漿法等，裂隙巖注漿法一般分為鉆孔、清理注漿機(jī)碎屑和巖體裂縫、通過(guò)水壓試驗(yàn)獲取巖體滲透率的四個(gè)階段[3]。裂隙巖注漿法可分為三個(gè)方法：由下部向上部栓塞注漿法、下部上部分段栓塞注漿法、由上部至下部栓塞注漿法。不同的注漿工藝具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用前景。因此，最有效的注漿策略是結(jié)合現(xiàn)有注漿工藝尋找適合不同地質(zhì)構(gòu)造的注漿組合。

降阻機(jī)理研究：巖土的土壤電阻率特性與巖土成分、結(jié)構(gòu)、溫度、含水量、孔隙比等關(guān)鍵因素有直接關(guān)系，大量低電阻率材料填入巖層裂隙中，可大大降低巖層中各電性層的電阻率[4]。注漿過(guò)程中，大部分低電阻注漿物質(zhì)都沒(méi)有儲(chǔ)存在深井里，而是借助壓力填充在巖層裂縫和孔隙中，形成類(lèi)似樹(shù)狀的低電阻網(wǎng)絡(luò)。所以壓力注漿接地技術(shù)降阻機(jī)理是最大限度地利用巖土結(jié)構(gòu)的孔隙和裂縫，結(jié)合壓力向巖土結(jié)構(gòu)的細(xì)孔和裂縫中注入低電阻率材料漿體、達(dá)到改善巖土電阻率特性目的，從而達(dá)到降阻目的。

2 深井壓力注漿接地技術(shù)施工工藝分析

2.1 施工工藝流程分析

施工準(zhǔn)備：技術(shù)說(shuō)明。按照批準(zhǔn)的施工計(jì)劃，施工單位將向施工負(fù)責(zé)人提供技術(shù)細(xì)節(jié)，包括施工現(xiàn)場(chǎng)的布局、施工方法、人員組織、材料和工具的準(zhǔn)備、機(jī)械準(zhǔn)備、技術(shù)對(duì)策、安全和環(huán)境保護(hù)的預(yù)防措施等；施工現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)備。在最初的兩項(xiàng)分項(xiàng)項(xiàng)目中，已完成了地基內(nèi)的柵欄和警告標(biāo)識(shí)等相關(guān)的安全對(duì)策；施工過(guò)程中的準(zhǔn)備。為了開(kāi)展工作，召開(kāi)班級(jí)前的會(huì)議，檢查機(jī)器和工具，確認(rèn)是否滿(mǎn)足施工條件。

操作流程。為便于壓力注漿機(jī)的注入，將攪拌筒放置在接地極附近，要先將相應(yīng)數(shù)量的水倒入攪拌筒內(nèi)，按設(shè)計(jì)比例均勻攪拌導(dǎo)電劑，將注漿機(jī)的管與攪拌桶的管進(jìn)行連接，用管連接到深井電極外露部分，使用壓力注漿機(jī)將其注入深井，使用壓力注漿機(jī)將導(dǎo)電劑完全混合，直到深井中充滿(mǎn)導(dǎo)電劑；工藝標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)電劑和水按照比例混合；施工準(zhǔn)備。施工時(shí)各注漿壓力控制為注漿≤1MPa，壓力注漿4～8MPa，導(dǎo)電介質(zhì)應(yīng)與水均勻混合，運(yùn)輸、攪拌過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生粉塵，保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全施工以及文明施工。

2.2 施工工藝技術(shù)的機(jī)理和特點(diǎn)

壓力注漿接地技術(shù)是根據(jù)以往的深井接地技術(shù)又追加上的壓力注漿技術(shù)。深井接地電極可根據(jù)砂壤土的腐蝕度用鋼管、銅管、銅包覆鋼材質(zhì)管制成，ZLC-A型的Hi-c CPC導(dǎo)電劑可從噴嘴向深井內(nèi)填充壓力。壓力注漿接地技術(shù)的電阻降低機(jī)制是在插入Hi-c CPC導(dǎo)電劑后，通過(guò)深井接地電極管的壓力將Hi-c CPC導(dǎo)電劑注入深井，地面周?chē)纳叭劳镣ㄟ^(guò)擴(kuò)散到周?chē)^寬的金屬礦物質(zhì)層和砂壤土中滲透，將原始松散的地層結(jié)構(gòu)凝結(jié)在三維低電阻擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)表面，改變?cè)叭劳两Y(jié)構(gòu)，降低砂壤土阻力，有效地減少接地電阻(圖1）。試驗(yàn)表明，通過(guò)壓力注漿接地技術(shù)后土壤視在電阻率的改善區(qū)域呈現(xiàn)不規(guī)則的橢球形，改善距離可達(dá)2米到幾十米遠(yuǎn)（圖2）。壓力注漿接地技術(shù)實(shí)際上是一種巧妙的大范圍土壤改性技術(shù)。

圖1 填充了降阻劑的區(qū)域

圖2 注漿后形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

3 榆林某110kV變電站應(yīng)用分析

3.1 工程簡(jiǎn)況

榆林市位于陜西省的最北端，市區(qū)內(nèi)的地貌特征劃分是以長(zhǎng)城為界線，長(zhǎng)城以北屬于風(fēng)沙草灘地帶、占市區(qū)總面積42%，長(zhǎng)城以南是黃土的丘陵地帶、占市區(qū)總面積58%，地下水類(lèi)型主要為潛水。本站采用以水平接地體為主、垂直接地體為輔的人工接地網(wǎng)。主地網(wǎng)采用－60×8mm鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用Φ50mm鍍鋅鋼管、長(zhǎng)度為2.5m，主地網(wǎng)的敷設(shè)深度為-1.7m。在進(jìn)站大門(mén)等主要出入口處裝設(shè)與接地網(wǎng)相連的均壓帶。降阻措施采用壓力注漿接地技術(shù)，沿圍墻設(shè)置6口36m深接地井，深井接地體采用φ48mm鍍銅鋼管接地極，注漿量設(shè)置46kg/m，接地體壽命40年，年腐蝕率約為0.065mm。

3.2 實(shí)施步驟和注漿狀況

榆林110kV變電站項(xiàng)目使用壓力注漿深井技術(shù)的降阻措施，深井注漿壓力控制采用了三種注入方法，即一種低壓控制和兩種高壓梯度控制，注漿材料選擇碳基材料Hi-c CPC導(dǎo)電劑，采用高密度電流法對(duì)比注漿前后巖土電阻率特性的改善情況。注漿完成后，對(duì)各單口壓力注漿深井進(jìn)行接地電阻測(cè)量，并分別在接地極接入主接地前、后測(cè)量主接地網(wǎng)接地電阻。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)低電阻率區(qū)域及表層細(xì)砂土壤（0～3m）視在電阻率的改善較小，當(dāng)土壤視在電阻率值≤300Ωm時(shí)，其平均降阻效率約為30%。其原因是表層土壤較為松散，受自然降水及溫度的影響其含水率較高，本身土壤視在電阻率值較低，可改善的域度有限。

對(duì)視在土壤電阻率值300～500Ωm的頁(yè)巖層具有明顯的改善作用。當(dāng)土壤視在電阻率值為300～500Ωm時(shí)，其平均降阻效率約為30～50%（即將原土壤電阻率降低了30～50%）。也就是說(shuō)：采用壓力注漿深井接地方式可有效降低此類(lèi)砂礫土、砂巖以及結(jié)構(gòu)較為松散的風(fēng)化巖等典型巖土的土壤視在電阻率值。其原因是此類(lèi)巖土較為松散、孔隙率較大，雖然受巖土含水率的影響，其巖土本身含水率較高，但其巖土本身的土壤視在電阻率值較高，可改善的域度較大，當(dāng)采用壓力注漿深井接地方式將大部分孔隙注滿(mǎn)低電阻率的Hi-c CPC導(dǎo)電劑時(shí)，其土壤視在電阻率值明顯降低。

對(duì)視在土壤電阻率值500～1000Ωm的砂巖、泥巖等具有顯著的改善作用。當(dāng)土壤視在電阻率值為500～1000Ωm時(shí)，其平均降阻效率約為60～80%（即將原土壤電阻率降低了70～80%）。也就是說(shuō)：采用壓力注漿深井接地方式可有效降低結(jié)構(gòu)較為完整的風(fēng)化石灰?guī)r、頁(yè)巖、板巖、泥巖、砂巖、凝灰?guī)r、大理巖、片麻巖等典型巖土的土壤視在電阻率值。其原因是此類(lèi)巖土結(jié)構(gòu)較完整、孔隙率較小，雖然裂隙發(fā)育較多但其巖土本身的含水率較低，因此土壤視在電阻率值高。當(dāng)采用壓力注漿深井接地方式時(shí)，在機(jī)械開(kāi)孔的沖擊力和注漿壓力的作用下使這些裂隙進(jìn)一步變大，當(dāng)將大部分孔隙和裂隙注滿(mǎn)低電阻率的Hi-c CPC導(dǎo)電劑時(shí)，其土壤視在電阻率值顯著降低。

3.4 成本分析

深井壓力注漿接地工程的合同成本比預(yù)算低約20%，主要原因是估計(jì)報(bào)價(jià)不平衡策略。這部分的綜合單價(jià)下降主要是由于三個(gè)原因：合同費(fèi)用的固定額還沒(méi)有充分適用，合同費(fèi)用不合理。深井接地埋設(shè)及壓力注漿不適用于安裝項(xiàng)目2018年版130元/m的額度，合同成本的分配比預(yù)算的分配水平低約60元/m，偏差約在13.44%左右；合同費(fèi)用的設(shè)備材料的估計(jì)比較低，合同費(fèi)用的設(shè)備材料的估計(jì)比預(yù)算低300元/m以上，偏差在50%；由于中標(biāo)者采用了不平衡報(bào)價(jià)策略，工程量增加的可能性很高，導(dǎo)致施工材料整體單價(jià)上升，相應(yīng)的項(xiàng)目整體收益水平也隨之上升。建立壓力注漿接地技術(shù)的施工預(yù)算指數(shù)，在對(duì)施工技術(shù)和施工過(guò)程的分析的基礎(chǔ)上，樣品項(xiàng)目是根據(jù)工作日的寫(xiě)實(shí)法等技術(shù)測(cè)定方法，以及手冊(cè)、材料及機(jī)械的消費(fèi)指標(biāo)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的，為計(jì)價(jià)提供基本數(shù)據(jù)。

根據(jù)上述分析，針對(duì)于榆林邊110kV變電站工程實(shí)例，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)接地電阻要求值0.374Ω的前提下，通過(guò)電解離子接地、深井接地、壓力注漿深井三種降阻措施的投資對(duì)比，工程的費(fèi)用由高到低依次是深井接地＞電解離子接地＞壓力注漿深井，壓力注漿深井接地相較于深井接地和電解離子接地費(fèi)用分別降低了12.5%和24.8%的投資。

結(jié)論：陜西榆林地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、土壤電阻率較高，大大增加了接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。新型壓力注漿深井接地技術(shù)在榆林110kV變電站工程中的成功應(yīng)用，表明該技術(shù)完全適用于陜西省榆林地區(qū)砂壤土、裂隙巖等典型地質(zhì)條件下高土壤電阻率的變電站接地降阻工程，也為陜西電網(wǎng)針對(duì)高土壤電阻率地區(qū)如何進(jìn)行準(zhǔn)確而有效的降阻提供了新的解題方案。