变电所主接地网降阻处理的研究

文稳利

摘要：变电所主接地网是变电所安全运行的主要保证，当变电所设备发生接地故障或收到雷电产生瞬间大电流时，良好的接地网能瞬间将短路电流引入大地，使断路器瞬间跳闸，切断故障点，保证设备及人身安全。变电所接地网埋在地下，受地址环境的影响比较大。接地网敷设地的土壤电阻率直接影响接地网的接地电阻值。在土壤电阻率较高的沙地、石质地段进行接地网设计和施工时，由于土壤电阻率很高，无法达到设计和规范要求的接地电阻值，严重影响设备的运行安全和人身的安全，所以必须对接地网进行降阻处理，目前主要的方法有：增加接地网的敷设面积、采用化学降阻剂和敷设外引接地极等措施。

此次研究采用敷设外引TFGJ-601 型长效复合高导接地体进行高电阻率地段牵引变电所接地网的降阻处理。

关键词： 石址地段 主接地网 降阻 TFGJ-601 型长效复合高导接地体

1引言：随着铁路网的飞速发展，铁路供电系统的可靠性要求越来越高，牵引变电所的安全运行对铁路的安全运营起着至关重要的作用，铁路牵引变电所一般沿铁路线路布置，由于铁路线路经过的地方太多，比如有的变电所选址在坚硬的岩石层、沙地等地质区域内，岩石地质电阻率在5000Ω·m以上，采用传统接地网施工方法，接地电阻达不到设计和规范要求，对变电所的安全运行和人身都存在很大的安全隐患。经各种方案比选和论证，选用TFGJ-601型长效复合高导接地体对接地网进行降阻处理。TFGJ-601型长效复合高导接地体能有效解决石质地段电阻率高，主接地网接地电阻达不到设计要求的技术难题。具有施工效率高、周期短、投资小、安全系数高、无介质浪费与环境污染，具有良好的推广应用价值。

2 FGJ-601型长效复合高导接地体介绍

2.1适用范围及优势

可用于山区砂石地貌接地降阻，可以不受地理条件限制，特别适合地网深层为岩石的山区和丘陵地区等高电阻率地质的接地网施工。

在施工和运行中的主要优势体现在以下几点：

（1）总体施工成本降低。新材料的使用相比既有降阻方式，材料成本降低。同时因新型降阻材料的使用，以及和主接地网便捷的搭接方式，让接地网降阻施工难度降低，节省人力，降低施工成本。同时良好稳定的降阻性能和效果，减少返工的频率，无形中也降低成本。

（2）施工难度降低，提高施工效率。TFGJ-601 型长效复合高导接地体为新型材料，具有相当低电阻率，在高电阻率地质条件下，可方便快捷有效的降低接地网的接地电阻，使其达到设计指标要求。

（3）施工效果稳定。新型材料超低电阻率以及长期的稳定性，使得利用此方法施工完成的接地网阻值能保持长期稳定。

2.2 TFGJ-601 型长效复合高导接地体主要成分

TFGJ-601 型长效复合高导接地体系柔性接地体，由非金属导电粉末，高分子聚合物，超细纤维粘合剂构成的截面积为200mm²的编制线缆。具有相当低电阻率，TFGJ-601 型长效复合高导接地体的电阻率ρ≤0.1Ω·m。可耐大工频破坏电流的冲击，阻值能保持长期稳定，也无变硬、发脆、断裂现象。TFGJ-601 型长效复合高导接地体采用纳米复合高分子材料作为母料，同时掺杂非金属导电聚合材料为辅料，通过高温挤压混练成型、表面涂层防腐工艺制做而成，不会随雨水进入土壤或地下水资源。对环境无任何影响。

3 TFGJ-601型长效复合高导接地体降阻原理

3.1 降阻工艺原理

牵引变电所主接地网由人工接地体组成，主要包括水平接地体和垂直接地体。当主接地网的接地电阻达不到设计要求时。根据实际测量的主接地网的接地电阻，计算所需的TFGJ-601 型长效复合高导接地体的数量，并围绕主接地体进行敷设，和主接地体通过搭接方式进行连接。利用TFGJ-601 型长效复合高导接地体增加的接地网敷设面积以及其超低电阻率，降低接地体的接地电阻。

3.2 计算需要的TFGJ-601 型高导接地体的数量

1.大地自然电阻率测试：

采用ETCR3000B接地电阻及土壤电阻率测试仪对变电所区域土壤自然电阻率ρ进行测量，测量公式如下：

ρ=R （3-1）

式中 ρ——自然电阻率

S——牵引变电所面积；

L——接地探针间距；

R——测得的电阻值。

2.由于本次研究的牵引变电所的主接地网采用了垂直接地体与水平接地体组成的综合二维接地网，垂直接地体采用d=20mm，L=2500mm的铜棒和L=3m的等离子接地体。垂直接地体与水平接地体的采用“+”焊接模具焊接在其网格处。

a.垂直接地极，工频接地电阻为：

(3-2)

式中 ρ——土壤电阻率，Ω·m;

L——接地极长度，m;

d——垂直接地极的直径，m。

n——垂直接地体个数。

b.水平接地体的工频接地电阻为：

(3-3)

式中 L——水平接地体的总长，m;

h——水平接地体的埋设深度，m;

d——水平接地体的直径，m;

A——水平接地体的形状系数，本项目采用“+”接，A=0.89。

c.水平接地极连接的n根垂直接地极组成的接地网，其冲击接地电阻计算如下：

(3-4)

式中 n——垂直接地极的数量，个；

φ_i——各接地极间相互影响的冲击利用系数，φ_i =0.7。

3.由以上推理可得，主接地网的电阻与水平接地极的长度成正比，与各接地极间相互影响的冲击利用系数φ_i成反比关系，所以假设需要敷设的TFGJ-601 型长效复合高导接地体的长度为L’，敷设TFGJ-601型长效复合高导接地体后的电阻为R’；需要敷设铜绞线的长度为L，敷设TFGJ-601 型长效复合高导接地体前主接地网接地电阻为R_i。

由上可得：L’=φ_i（R_i＇-R’）L/R_i (3-5)

3.3 TFGJ-601 型合高导接地体与主接地网的连接

根据计算的TFGJ-601型长效复合高导接地体长度，结合现场地形地貌情况，估算出需要开挖的沟槽的长度，制定敷设方案（包括高导接地体敷设路径及每沟高导接地体条数，和主接地网之间搭接铜绞线的敷设路径及条数），每沟敷设高导接地体条数可以单根，也可多根，但最多不超过6根。

其敷设路径需要从原有的接地网向外扩展，围绕主接地网敷设，和主接地网的开挖路径间距不得小于5米。每隔5米与主接地网之间用铜绞线相连接。

复合高导接地体和连接铜绞线之间，采用搭接。搭接长度不应小于280mm（为接地网铜绞线直径的20倍以上）。搭接处用复合接地体专用连接导线缠绕紧密，保证铜绞线与高导材料的可靠接触，保证导电性。

4结语

本文所提出的牵引变电所降阻处理的方法，对选址在坚硬的岩石层上的接地网降阻处理过程中，得到验证，并取得了可观的安全效益和经济效益。而且在国内铁路牵引变电所接地网降阻处理施工中首次引入该新型材料。

参考文献

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[2]陈光磊. 浅谈牵引变电所主接地网施工中放热焊接技术的应用，2011.

[3]候国军. 高土壤电阻率地区降低接地电阻的有效方法，2011.

[4]宋世兵. 高速铁路牵引变电所接地网设计研究，2013.

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