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摘要：介绍了某高铁GIS牵引变电所接地设计方案，重点对比新型接地材料与传统接地材料在施工区域有限，土壤电阻率较高的变电站接地过程中优势。
关键词：GIS牵引变电所；新型接地材料选用；接地设计实施
1引言
铁路是国民经济的命脉，其对于国家经济发展和人民生活起着十分重要的作用。高速铁路牵引变电所是为高速铁路机车提供牵引电能的专用变电所，其供电的安生性与可靠性直接影响到高速铁路的正常运营。
高速铁路长期、可靠、稳定的接地系统是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障。由于接地装置埋设于地下，维护比较困难，所以确保其设计满足技术参数要求，在其运行寿命周期内，始终能起到其应有的作用，是牵引变电所必须重视的问题。同时，随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，接地问题越来越受到重视。
2项目背景
本项目变电所站址位于某采石场已经开采完的场地之上，一侧距离采石场废弃山体约30m；另一侧临近附近石头河，距离河道大约20m；该牵引站特点是除变压器外全部是户内布置，围墙面积仅为45.4m×54.5m，且站址自然地面为采石场废弃场地，原地质条件以岩石为主，土壤电阻率很大。
根据该站址处地下水位资料，按照临近的河流与站址所在地的高差初步判断站址处地下水位大约在地面以下4～5m左右。冻土深度约为1.9m。
短路电流:该站最大入地短路电流为10.6kA，持续时间约为1s。
3设计目标
接地电阻：厂区内工频接地电阻值≤1Ω。
设计寿命：地面工程设计使用年限30年，按GB/T50065-2011第4.3.6条要求，应与地面工程的设计使用年限相当。[1]
接触电压和跨步电压：满足不大于GB/T50065-2011第4.2.2条公式计算结果的要求[1]
满足热稳定性目标：接地装置材料的选择满足厂区在考虑到未来发展的情况下，发生接地短路时最大短路电流在预定时间内接地材料的安全可靠。
4接地体选择
接地体的选择考虑三方面因素：
当接地线和接地体流过短路电流时，其热效应不会导致接地装置材料发生物理性变化，即满足热稳定性要求。[2]
接地装置的材料耐腐蚀达到地面工程设计使用年限要求
选用材料的种类和规格满足相关规范对接地体最小规格的规定
该地区宜采用耐腐蚀的其他材料替代镀锌钢材，建议选用成本介于铜和钢之间，且耐腐蚀能力与铜相当的铜覆钢材料——符合UL467标准的镀铜钢。这种材料具有耐腐蚀性能好、热稳定性优于钢材、价格相对低廉、连接工艺先进等优点，是传统钢材理想的替代产品。
其次，根据所选材料进行截面的计算。按GB/T50065-2011中对接地线材料的热稳定计算公式，S≥I√t/C，[1]按I=10.6kA、t=1.0s、C=135（20%导电率镀铜钢线的热稳定系数，其值来源于IEEE std 80-2000的公式及材料数据）[2]，得到镀铜钢接地线的截面应不小于99mm2，同时根据规范GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》[1]中规定的最小截面积要求。
5接地方案设计
根据厂区整体平面图所示，首先在厂区域范围内设置大的环形接地体，即150mm2的镀铜钢绞线，围绕厂区域形成闭合环形，地网面积为45.4m×54.5m，同时为加强厂区内各部分接地装置的冲击接地电流泄放能力，改善厂区周边电位梯度，在地网外围每隔20m设置一组离子接地极，并在厂内各建筑、设施处设置环形接地体，各建筑、设施的接地体每隔20米相互连接一次，形成整体厂区的主接地网。
由于厂区可设计面积较小，牵引变电站对阻值要求较高，采用深井接地并同时外引深井接地的方式进行降阻。具体方式为，分别在地网边缘四角处做一组深度为25m的接地井，接地井材料采用Φ50mm*3mm铜管。
同时，变电站必须考虑其区域的接触电压、跨步电压，在人员经常出入场所，采用5cm厚沥青层或15cm厚的砾石层，以降低站内的跨步电压和接触电压。[3]当厂内接地装置的接地电阻达不到设计要求时，考虑外引接地体至低电阻率位置降阻的方式解决。
6接地阻值校验
6.1厂区主接地网的接地电阻计算
依据《电力系统接地技术手册》中第四章第四节两层土壤中复合地网接地电阻的简化公式中Y.L乔伍（Chow）等人的简化计算法，在不考虑土壤的均匀系数和上下层土壤之间的反射系数的情况下，按图方式敷设接地网后的工频接地电阻计算如下：[4]
B、长垂直接地体的接地电阻计算
0～20m垂直方向土壤电阻率根据气象局提供的地勘报告 =7500Ω?m[5]；根据地质报告，按照临近的河流与站址所在地的高差，该站址处地下水位初步判断大约在地面以下4-5米左右，根据规范DLT5091-1999《水力发电厂接地设计技术导则》附录C中地下水的土壤电阻率参考值为20~70Ω?m，[6]同时采用压力灌浆工艺灌注长效稀土降阻剂后，视长垂直接地体的上层土壤电阻率 
；
L1、L2——分别为垂直接地棒在上层土壤和下层土壤的长度，m；
其中：
7实施结果
按本文所列设计方法，全厂接地电阻可达到该接地网工频接地电阻小于1Ω的效果。本工程接地电阻实测值为0.8Ω。因此验证了本文的设计计算方法是可行的。
参考资料：
[1]中华人民共和国国家标准《交流电气装置的接地设计规范》 GB/T50065-2011
[2]电气和电子工程师协会《Guide for Safety in AC Substation Grounding》 IEEE std80-2000
[3]中华人民共和国国家标准《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010
[4] 王洪泽 杨丹 王梦云 编著《电力系统接地技术手册》
[5]避雷装置检测站土壤电阻率检测报告2013-12-7
[6]中华人民共和国电力行业标准《水力发电厂接地设计技术导则》 DL/T/5091-1999
论文作者:万,红,李长春
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/9
标签：厂区论文; 电阻率论文; 土壤论文; 材料论文; 变电所论文; 电阻论文; 装置论文; 《防护工程》2017年第23期论文;