六段合理化建议和技术改进成果奖项目申报审批表.docx
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六段合理化建议和技术改进成果奖项目申报审批表
附表1：
中铁电气化局集团合理化建议和技术改进成果奖项目申报审批表
单位
中铁电气化局集团西安电化公司六段
主要提出者及职务
王琪（技术员）、吴斌（技术员）
项目名称
牵引变电所地网施工浅析
提出时间
本单位创价值
本单位评审时间
本单位奖励额
以推广到本单位以外何处
再创经济价值
被何部门认定
2013.10.10
申报理由：
接地网作为牵引变电站所交直流设备接地及防雷保护接地，对变电所的安全运行有着非常重要的作用。
随着电气化铁路的不断发展，尤其是近几年高速电气化铁路的快速发展，牵引变电所的容量和电压等级也随着升高。
接地不良不仅仅影响到牵引变电所的设备安全，还影响到铁路列车的正常运行。
因此，牵引变电所的地网必须受到重视，变电所接地网对系统安全稳定运行起着非常重要的作用。
本文结合理论对地网施工前期、中期及后期需要注意的问题进行一些浅析。
项目详细内容（带附件）：
资料附后
段厂项目部推荐意见
同意申报
签章：
公司处推荐单位意见
签章：
集团专家意见
专家评议（包括进步性、可行性、效益性，在全集团推广情况和今后采纳推广价值等）。
评审者签字：
年月日
集团评审小组意见
集团评审委员会评审结果
牵引变电所地网施工浅析
中铁电化局西安电化公司第六工程段王琪吴斌
摘要：
接地网作为牵引变电站所交直流设备接地及防雷保护接地，对变电所的安全运行有着非常重要的作用。
随着电气化铁路的不断发展，尤其是近几年高速电气化铁路的快速发展，牵引变电所的容量和电压等级也随着升高。
接地不良不仅仅影响到牵引变电所的设备安全，还影响到铁路列车的正常运行。
因此，牵引变电所的地网必须受到重视，变电所接地网对系统安全稳定运行起着非常重要的作用。
本文结合理论对地网施工前期、中期及后期需要注意的问题进行一些浅析。
关键词：
接地网、施工、电阻率、埋深、接地、接地电阻
前言：
由于接地网作为隐蔽工程容易被忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。
地网的特点是一次性建设、维护监测困难，在设计及施工时施工过程不易控制，这也是工程建设中的难点之一。
下面就基于向莆铁路4座牵引变电所的具体施工，结合接地网的基本原理，总结牵引变电所接地网施工过程中的一些经验教训。
一：
接地种类按作用有如下分类：
1、功能性接地。
保证系统正常运行的接地或系统的低噪音接地。
其中TN系统中性线的接地称为系统接地；利用大地作导体，在正常情况下有电流通过的接地称为工作接地；将电子设备的金属底板作为逻辑信号的参考点而进行的接地，称为逻辑接地；将电缆屏蔽层或金属外皮接地，达到电磁适应性的接地称为屏蔽接地。
2、保护性接地。
为防止人、畜或设备因电击而造成伤亡或损坏的接地称为保护性接地，其中将电气设备的外壳接地或接到PE、PEN线的接地称为保护接地；为引导雷电流二设置的接地称为防雷接地；使静电流流入大地的接地称为静电接地；在PE或PEN线上一点或多点接向大地称为重复接地。
除特殊情况外，一个建筑物只能存在一个接地系统，以免引入不同电位，导致人身和设备事故。
二、电气设备及电缆的接地
变压器、断路器等重要一次设备及设备架构等应做到两点分别接地。
以变压器为例，变压器中性点和木体油箱接地应有两根与主地网不同干线连接的接地引下线。
所谓不同干线连接，即:
接与接地网同一方格的两不同边或分别接与地网不同方格的边上。
这是施工过程中需特别强调的。
每个电气设备的接地均应以单独的接地线与接地干线连接，不得在一个接地线中串接几个需要接地的电气设备，以避免当一处接地线断开时，造成后而串接设备接地点均不接地。
施工过程中，常有施工人员利用电沟中敷设的支架接地扁钢来作为设备的接地，这种情况应禁止。
设备的接地都应以独立的接地线接入埋在地中的地网，不能只接到电缆沟的接地带。
这不仅可保证设备接地可靠，而且可防止对电缆及二次设备的意外过电压伤害。
施工过程中常见设备接地采用与避雷针接地相同的焊接方式，这是不妥的。
设备接地应采用螺栓连接，以便于设备的拆卸与检修。
而避雷针（带）与引下线之间的连接采用焊接，以保证接地的充分可靠和牢固。
在进行GIS安装时，GIS法兰片间采用跨接线连接，应保证良好的电气通路。
电抗器、电容器装置的栅栏门绞链处应用软铜线连接，以保持良好接地。
避雷器接地施工时应注意用最短的接地线与主接地网连接。
因为接地线越短，雷击时电感量越小，散流越迅速，达到保护设备的良好效果。
互感器的二次侧中性点或绕组引出端之一应接地。
电压互感器的二次回路只允许有一处接地，接地点宜设在控制室内，并应牢固焊接在接地小母线上。
电流互感器的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近经端子排接地。
但对于有几组电流互感器连接在一起的保护，则应在保护屏上经端子排接地。
电力电缆的金属护层和控制电缆的金属护层均应接地，且屏蔽层应两端接地。
当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地，同时要求由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线对地绝缘，以防止零序保护误动作。
三：
接地电阻的大小
接地电阻对接地网的安全起着非常重要的作用，接地电阻的大小是安全接地的重要技术指标。
最近几年建设的变电站工程中，多次出现了接地电阻不能满足设计要求的问题，造成接地网需要重复返工，影响了变电站正常的施工进度。
采取各种辅助降阻措施，降低接地电
阻，使接地网达到安全运行的要求，是变电站接地问题中—个重要的环节。
变电站接地网电阻偏高的原因如下：
1.1 土壤电阻率偏高
特别是山区，由于土壤电阻率偏高，对系统接地电阻影响较大。
干旱地区、沙石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高。
1.2 没有具体勘探测量
有的在设计接地时，根据地质资料查找设计手册所对应的土壤电阻率。
但是场地不同点土壤电阻率的偏差，同种土壤的电阻率会存在一定的差异，特别是南北方同种土壤之间差别很大，会造成很大的误差，也不应再使用。
1.3 测量值不可信
设计人员一般现场采用四极法测量原土层的土壤电阻率。
这种方法虽然符合设计规范要求，比较科学而且准确的，但是四极法是属于在场地中抽样测量，在接地网埋设处地质经常出现断层，地电阻率是不均匀的，山坡地形还需要在不同的方位、不同的方向进行测量，找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。
最好的提高土壤电阻率测量精度的处理方案是在今后的变电站初步设计阶段，在地质勘察中增加土壤电阻率测量的内容。
由于地质勘察要求的站址勘探孔通常有几十个，勘测的岩芯有几十米深，根据多根岩芯的土壤进行的测量值是十分精确和可信的。
1.4 施工不细致
对于不同地区变电站的接地来说，不仅精心设计重要，严格施工更重要。
因为对于地形复杂，特别是位于岩石区的变电站，接地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难。
而接地工程又属于隐蔽工程，如施工过程中不能实行全过程的技术监督和必要的监理，就可能出现问题。
（1） 没有在原土层上施工，而是回填了一部分回填土后再施工。
（2） 下层地网引出至上层地网的连接点没有全部引出，或者是引出后没有作好标记，导致下层地网没有与上层地网有效连接，失去下层地网应有的作用。
（3） 回填使用了部分建筑垃圾、大块的沙石等材料。
没有用细土回填，分层进行夯实。
（4） 接地网在土建施工过程中遭遇比较严重的破坏，导致全站接地网各处的接地电阻值测量值有巨大的差异。
1.5 运行过程中产生变化
有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下线与接地装置的连接部分，因锈蚀而使电阻变大或形成开路。
三是接地引下线、接地极受外力破坏而损坏等。
下的隐患外，下一些问题也值得注意。
一是由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置。
二是在接地引下线与接地装置的连接部分，因锈蚀而使电阻变大或形成开路。
三是接地引下线、接地极受外力破坏而损坏等。
针对上述造成接地电阻达不到设计要求的原因，主要有以下几种措施来降低变电所地网的阻值:
（一）为降低变电站的接地电阻，其接地装置应尽量与线路的非绝缘架空地线相连。
但应有别于分开的连接点，以便测量接地电阻。
可在避雷线上加绝缘件，并在避雷线与构架地线柱之间装设弓子线，以便测量时可以把弓子打开。
（二）外引接地装置:
如变电站2km以内有较低电阻率的土壤，可敷设专门用于降阻的接地装置，然后用2-3根水平接地体与变电站地网可靠地连接起来，这样可以起到有效地降低工频接地电阻的作用。
在近期的变电站工程中采用此种方法，取得了良好的效果。
（三）采用深井式接地极:
当地下较深处土壤电阻率较低时，可采用加设深井接地极的方法来降阻。
深井接地极的顶端应该与水平接地体连接起来，形成一个立体地网。
深井接地极一般放在地网四周，极间距离应不小于垂直接地极长度的2倍。
（四）增大接地网的而积是减小接地电阻的主要方法。
由公式R=ρε/C，R为接地电阻;C为接地装置的电容;ρ为接地电阻率;ε为地的介电系数。
从公式中可以看出接地网接地电阻与它的电容成反比,而一个由多根水平接地体组成的接地网可以近似地当作一个孤立的平板,它的电容主要是由它的面积尺寸来决定,面积越大,电容越大,故而接地电阻越小;
（五）敷设水下接地网:
变电站附近如有池塘、河流、小溪等,这时可利用这些水资源来建立水下、水底和岸边地网,以达到降低接地电阻的目的。
四：
注意事项
针对以上问题我们在变电站地网施工中应该注意细节问题做到如下要求：
变电站的主接地网施工时应相邻水平接地体的间距，考虑接地体相互间的屏蔽影响:
当间距过小，其中的一根接地体因处于另一根接地体的屏蔽范围内而失去其作用，另外两接地体间距过大也造成局部地域没有接地体而影响整个接地效果。
因此，要注意调整水平接地体的间距时，应保证水平接地体间距不小于5m，垂直接地体的间距不小于其长度的2倍。
施工过程中应要求接地沟的开挖要达到深度要求，否则接地体易受腐蚀。
这是因为一般在地表下0.15-0.5m处，是处于土壤干湿交界的地方，且电解质较多，对接地体腐蚀性大。
所以接地体的顶面离开地面一般为0.6m。
接地体敷设后，回填土是对接地体进行隐蔽的一项重要工序。
因施工场地内常有石块和建筑垃圾，此时应特别注意回填土内不应夹有石块和建筑垃圾等，以防止接地体与土壤接触不密实。
同时，某些变电站如需从所外取土来进行回填，此时应强调外取土壤不得有较强的腐蚀性。
回填土应分层夯实，至少应分两次分别进行夯实，这是因为接地电阻包含了接地体与大地的接触电阻，分层夯实后可保证接地体与土壤接触密实。
常见某些变电站施工后的接地网在最初几年接地电阻有下降趋势，就是因为施工过程中回填土未分层夯实。
投产后随着时间的推移，接地体周围的土壤逐渐密实并且与接地体的表而接触得更为紧密，从而使接地电阻下降。
接地装置在施工过程中常采用搭接焊，焊接部位的防腐处理对于保证接地网施工质量非常重要。
施工时应对焊接处进行表而除锈并去掉焊接处残留的焊药及焊渣，再用沥青漆进行防腐处理。
独立避雷针常作为所区内设备重要的防雷保护装置，其防雷效果的好坏和自身的接地装置施工质量息息相关。
一般设计都会要求设置独立的集中接地装置，并要求集中接地装置的接地电阻小于10独立避雷针集中接地装置通常需要大而积的开挖，对其它工序影响较大，所以敷设完垂直接地体并连成集中接地装置后，要求立即对集中接地装置进行接地电阻测试，确保一次施工成功，防止后期不必要的返工。
当独立避雷针集中接地装置的接地电阻不易达到设计要求时，该接地装置可与接地网连接。
但施工时应特别注意避雷针与主接地网地下连接点至35kV及以下设备的地下连接点，沿接地体的长度不得小于3m。
因为避雷针遭雷击时，避雷针接地点的高电位向外传播15m后，在一般情况下衰减到不足以危及35kV及以卜设备的绝缘，否则会对35kV及以下设备造成威胁。
在距避雷针接地体3m的范围内，由于发生雷击时冲击电位梯度大，对人体有危险的是由跨步电压引起的电击伤害。
因此，独立避雷针及其接地装置与道路或建筑物的出入口等的距离应大于3m，如小于3m，应采取均压措施或铺设卵石或沥青地面。
在变电站施工时采用了“帽檐式”均压带，即在变电站进站大门、主控综合楼大门、保护小室大门和站用电大门地下敷设了两条与主接地网连接的帽檐式”均压带。
其中一条埋深1.5m，另一条埋深2m0仲冒檐式”均压带敷设宽度比路而宽1m,即每边各宽0.5m。
五：
结合实际
结合我们参与的向莆铁路抚州北、柴山、南丰、西城牵引变电所，就地网施工在前期、施工中及施工完成后期的一些具体问题进行探讨。
（一）、施工前期，审阅设计图纸，准备材料，并根据地质情况采取应对措施。
按照设计抚州北、南丰和西城的具体情况如下表：
所亭地网材料表
名称
型号
单位
数量
所亭面积
91m×37.1m
3376.1
水平接地极
150
m
2450
垂直接地极
17.2L=2.5
根
51
ALG离子接地极
/
组
6
柴山变电所的具体材料如下表：
柴山变电所地网材料表
名称
型号
单位
数量
所亭面积
59m×48m
2832
水平接地极
150
m
1100
垂直接地极
17.2L=2.5
根
44
ALG离子接地极
/
组
6
地网焊接用热熔焊方式熔接。
地网引上部分大基础设备采用5×50镀锌扁铁，电杆设备用
16的镀锌圆钢。
220kv侧地网采用双引上，27.5kv侧采用单引上。
几种常见金属的电阻率如下表
常见金属导体在20摄氏度时的电阻率单位：
银
铜
金
铝
铁
1.65
1.75
2.40
2.83
9.78
综合各材料的性能和造价的因素，设计这样选材是很不错的选择。
因此在施工前期材料的准备上，严格按照设计来采购，并且需要保证所采购的材料必须都是符合国家标准的材料，才能保证施工的质量。
四座变电所均位于江西省，属亚热带湿润气候，雨水充沛，土壤多为酸性土壤，考虑到排水等因素，均为填方土结构。
填方结构对地网来说有很多不利因素，而填方土的下方基本是稻田。
因此，在基础施工的时候，开挖基础完成后，在基础下方的原土层埋设接地极，并引上与后期完成的地网连接，起到了非常良好的效果，抚州北、南丰、西城的主地网均在0.1
左右。
（二）、地网施工过程，严格按照相关规范施工，尽量避免施工质量对接地网的影响。
地网开挖深度最少0.6m，在地网与电缆沟交叉的部分，按照电缆沟垫层下底面以下0.5m开挖。
铜绞线敷设时，严禁出现散股、断股的情况，且相邻最小距离保证5m，主地网与避雷针地网最小距离保证3m。
相邻垂直接地极最少5m，敷设时禁止弯曲、斜向敷设。
ALG等离子接地极埋设时均匀覆盖降阻剂，并用细土回填并夯实。
地网焊接时，使用专用模具，把控好施工工艺，杜绝虚焊、假焊。
可采取焊接实名制～—焊一点签一字的办法来确保质量。
扁铁搭接按照宽度2倍以上、圆钢按照直径的6倍以上焊接，并做好防腐处理。
地网回填土不应含有石块和建筑垃圾等，且分层夯实，保证土壤与接地极紧密接触。
（三）、在柴山变电所的施工中，由于填方土填方太高，并含有大量的回填砂石土，在地网施工中回填也没有在砂石土较高的地域覆盖降阻剂，所以施工完毕后接地电阻值测量结果为0.79Ω，未达到设计要求。
随后我们采取了外引接地的方法，将地网两侧引至地势较低的稻田地附近，然后对地网进行了复测，达到了设计要求为0.39Ω。
（四）、地网施工完成后，做好测量工作及整改措施
在回填完成后，常常会有其他开挖项目，机械施工容易造成地网的损坏，这种损坏断点不易查找，维护非常困难。
因此，在回填完成后，必须现场盯控防止出现损坏地网的情况。
六：
结束语
变电站接地网是维护变电站安全可靠运行，保障运行人员和电气设备安全运行的根本保障和重要措施，所以接地网的施工必须尤为重视。
尤其实在高速铁路的建设当中，多数变电所的选址多为山区或者用填方土堆积的地方，都为高电阻率的地区。
所以我们在施工中更要特别重视施工中的各项工艺，并且在施工前就应该根据地质的条件采取针对地网可能达不到设计要求的措施，这样就能避免接地网的返工而造成的人力、财力浪费。
同时在遇到接地阻值达不到要求的情况下，通过理论分析结合实际制定出最优化的方案，达到所需的阻值，保证工程的质量。
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