CN109066250B - 山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法 - Google Patents

山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高速铁路牵引变电所接地建设领域，具体是一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法。本发明解决了常规施工方法不适用于山区高填方高土壤电阻率的高铁牵引变电所接地施工的问题。一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，包括敷设双层接地网，敷设外延水平接地体和埋设深井接地装置三个步骤。本发明适用于山区高填方高土壤电阻率高铁牵引变电所的施工。

Description

山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法
技术领域
本发明涉及高速铁路牵引变电所接地建设，具体是一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法。
背景技术
高速铁路牵引变电所是电气化铁道的重要组成部分，对电气设备正常运行、保障人身和设施的安全、防止雷电和静电危害等方面起着重要作用。良好的牵引变电所接地系统是保证电气化铁道安全运行的一个重要因素。客运专线具有高密度、大编组的特点，导致牵引供电系统的机车负荷大，牵引变压器容量大和短路电流大。因此做好牵引变电所接地系统，降低接地网电阻，对降低人身事故伤害概率、保障铁路安全稳定运行具有十分重要的意义。
然而，在一些高土壤电阻率的山区，为了使新建设的高速铁路牵引变电所的接地电阻符合规范要求，通常采用几种常规的施工方法，例如置换电阻率较低的土壤、增大接地网的面积以及使用降阻剂填充等方法，这些方法实施起来挖方量大而且单一使用或几种相结合使用也很难使牵引变电所的接地电阻达到要求，因此，为了解决常规施工方法不适用于山区高填方高土壤电阻率的高铁牵引变电所接地施工的问题，设计出一种适用于该地区的牵引变电所接地方法是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决常规施工方法不适用于山区高填方高土壤电阻率的高铁牵引变电所接地施工的问题，提供了一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，该工法包括以下步骤：
步骤一：敷设双层接地网；
1.1在牵引变电站所址的原土层基坑内开挖第一沟槽，并在第一沟槽内敷设下层接地网，所述下层接地网为边缘封闭的矩形金属网；通过放热焊接的方式在下层接地网的网格交叉点垂直向上引出若干根垂直连接线，作为预留的接地引上线，并回填厚度为8m的片石层；
1.2填平后开挖第一沟槽并敷设上层接地网，所述上层接地网为边缘封闭的矩形金属网，通过接地引上线与下层接地网相连接，并保证上层接地网与下层接地网保持正对，两者上下间距为8m；
1.3测量双层接地网的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R进行比较，若大于规范要求的接地电阻R，则进行步骤二；
步骤二：敷设外延水平接地体；
2.1在基坑周围土壤电阻率较低的地区开挖第二沟槽，将从下层接地网引出的外延水平接地体敷设于第二沟槽内，并在第二沟槽内回填高能回填料；
2.2计算设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻R1，计算公式如下：
R1＝Rs/Ks(1)
式(1)中：KS为高能回填料的降阻系数，RS为外延水平接地体的接地电阻；
式(2)中：ρ为土壤电阻率，l为水平接地体的总长度，h为水平接地体的埋设深度，d为水平接地体的等效直径，ηs为双层接地网连接外延水平接地体后整体的冲击利用系数，A为水平接地体的形状系数；
2.3测量在增设外延水平接地体之后整个接地装置的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R比较，若大于规范要求的接地电阻R则进行步骤三；
步骤三：埋设深井接地装置；
3.1计算深井接地装置所需达到的总接地电阻RV；
R＝(R1‖RV)/η (3)
式(3)中：R1为设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻，R为规范要求的接地电阻，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，R1‖RV表示R1与RV并联后的接地电阻；
3.2计算深井接地装置的个数N；
式(4)中：RV1为单套深井接地装置的接地电阻；ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数；
式(5)中：ρ为土壤电阻率，L为埋设深井接地装置的钻孔长度，D为深井接地装置的等效直径，KV为土壤调节系数；
3.3计算设置深井接地装置后整个接地装置的实际总接地电阻R总；
R总＝[R1‖(RV1/N/ηV)]/η (6)
式(6)中：ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，N为深井接地装置的个数，R1‖(RV1/N/ηV)表示R1与N个并联的RV1并联后的接地电阻；
3.4根据深井接地装置的数目钻设钻孔；所述钻孔首先沿外延水平接地体的敷设方向等距钻设，其次对称钻设于双层接地网的四周，N个深井接地装置一一对应埋设于钻孔内；在沿外延水平接地体敷设方向埋设的深井接地装置与外延水平接地体连接；在双层接地网四周埋设的深井接地装置同时与下层接地网和上层接地网连接；
3.5施工完毕后，使用自动抗干扰地网电阻测试仪测量实际接地电阻R实际。
步骤2.1中所述，土壤电阻率小于等于200Ω·m的地区为较低电阻率的地区。
步骤2.1中所述的外延水平接地体沿河道走向埋设。
深井接地装置采用缓释型离子接地装置。
ηS、η、ηV的具体取值是根据导体间距，长度，接地网面积来选择的；当导体间距越小，单根垂直导体长度越大而距离又越近，接地网面积越大，相互屏蔽作用越明显，系数取值就会越小，但最大值不超过1。
本发明未采用置换较低电阻率的土壤，在上层接地网与下层接地网之间回填片石，相比需要回填较低电阻率土壤的常规双层接地网而言，具有较低的施工难度，节约了工程成本；此外，上层接地网与下层接地网之间长度为8m的间距相比常规双层接地网的间距较大，这样一来，上层接地网与下层接地网之间的屏蔽效应减弱，并且随着下层接地网埋深增加而达到更好的降阻效果。
本发明有效解决了常规施工方法不适用于山区高填方高土壤电阻率的高铁牵引变电所接地施工的问题，适用于山区高填方高土壤电阻率高铁牵引变电所的施工。
具体实施方式
一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，该工法包括以下步骤：
步骤一：敷设双层接地网；
1.1在牵引变电站所址的原土层基坑内开挖第一沟槽，并在第一沟槽内敷设下层接地网，所述下层接地网为边缘封闭的矩形金属网；通过放热焊接的方式在下层接地网的网格交叉点垂直向上引出若干根垂直连接线，作为预留的接地引上线，并回填厚度为8m的片石层；
1.2填平后开挖第一沟槽并敷设上层接地网，所述上层接地网为边缘封闭的矩形金属网，通过接地引上线与下层接地网相连接，并保证上层接地网与下层接地网保持正对，两者上下间距为8m；
1.3测量双层接地网的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R进行比较，若大于规范要求的接地电阻R，则进行步骤二；
步骤二：敷设外延水平接地体；
2.1在基坑周围土壤电阻率较低的地区开挖第二沟槽，将从下层接地网引出的外延水平接地体敷设于第二沟槽内，并在第二沟槽内回填高能回填料；
2.2计算设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻R1，计算公式如下：
R1＝Rs/Ks(1)
式(1)中：KS为高能回填料的降阻系数，RS为外延水平接地体的接地电阻；
式(2)中：ρ为土壤电阻率，l为水平接地体的总长度，h为水平接地体的埋设深度，d为水平接地体的等效直径，ηs为双层接地网连接外延水平接地体后整体的冲击利用系数，A为水平接地体的形状系数；
2.3测量在增设外延水平接地体之后整个接地装置的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R比较，若大于规范要求的接地电阻R则进行步骤三；
步骤三：埋设深井接地装置；
3.1计算深井接地装置所需达到的总接地电阻RV；
R＝(R1‖RV)/η (3)
式(3)中：R1为设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻，R为规范要求的接地电阻，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，R1‖RV表示R1与RV并联后的接地电阻；
3.2计算深井接地装置的个数N；
式(4)中：RV1为单套深井接地装置的接地电阻；ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数；
式(5)中：ρ为土壤电阻率，L为埋设深井接地装置的钻孔长度，D为深井接地装置的等效直径，KV为土壤调节系数；
3.3计算设置深井接地装置后整个接地装置的实际总接地电阻R总；
R总＝[R1‖(RV1/N/ηV)]/η (6)
式(6)中：ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，N为深井接地装置的个数，R1‖(RV1/N/ηV)表示R1与N个并联的RV1并联后的接地电阻；
3.4根据深井接地装置的数目钻设钻孔；所述钻孔首先沿外延水平接地体的敷设方向等距钻设，其次对称钻设于双层接地网的四周，N个深井接地装置一一对应埋设于钻孔内；在沿外延水平接地体敷设方向埋设的深井接地装置与外延水平接地体连接；在双层接地网四周埋设的深井接地装置同时与下层接地网和上层接地网连接；
3.5施工完毕后，使用自动抗干扰地网电阻测试仪测量实际接地电阻R实际。
具体地，步骤2.1中所述，土壤电阻率小于等于200Ω·m的地区为较低电阻率的地区。
具体地，步骤2.1中所述的外延水平接地体沿河道走向埋设。
具体地，深井接地装置采用缓释型离子接地装置。
实施例：
佛坪高铁牵引变电所采用本发明方法建设，其具体步骤如下：
步骤一：敷设双层接地网；
1.1在所内场坪平整前，临近铁路一侧的标高较低，在回填前，建立30m×60m的下层接地网。在原始地形的最低点直接铺设，不需要开挖第一沟槽，但也可根据实际情况开挖第一沟槽，需保证下层接地网整体处于同一水平面上，第一沟槽深度为0-0.8m。在下层接地网铺设完成后，在其四边及网格中心点的位置上向上引出10根长度为8m的垂直连接线，随后进行回填片石至站址设计标高。
1.2整平后开挖第一沟槽并敷设上层接地网的铜绞线，并通过10根垂直连接线相连，保证上层接地网与下层接地网相互正对，上层接地网共使用150mm2铜绞线2800m，Φ20×2500mm铜棒59根。
1.3通过现场测试，双层电网的接地电阻为5.29Ω，远高于规范要求的接地电阻R＝0.5Ω。
步骤二：敷设外延水平接地体；
2.1利用站外环境，从下层接地网呈放射状向外敷设两条外延水平接地体，并辅助回填高能回填料，其中一条长度为50m，另外一条长度为350m的水平接地体沿河道施工，水平接地体材料为150mm2的铜绞线，高能回填料的用量按照25kg/m敷设。
2.2将ρ＝400Ω·m，l＝400m，h＝0.8m，d＝0.014m，A为一字型的水平接地体形状系数，ηs＝0.8代入公式(2)中，计算得出外延水平接地体的接地电阻Rs为2.527Ω，敷设高能回填料后(高能回填料的降阻系数Ks为1.5)，整个接地装置的总接地电阻R1为1.684Ω。
2.3R1＝1.684Ω＞R＝0.5Ω，需进行步骤三。
步骤三：埋设深井接地装置；
3.1采用长度为20m的缓释型离子接地装置作为深井接地装置，规范要求的接地电阻R为0.5Ω；
将R1＝1.6843Ω，η＝0.9，为了保证最终接地电阻完全低于规范要求，选取小于0.5的数值，本实施例中选取R＝0.4Ω，代入公式(3)中，计算得出总接地电阻RV为0.547Ω。
3.2将ρ＝400Ω·m，L＝20m，D＝0.15m，KV＝20％代入(5)，计算得出单套20m的缓释型离子接地装置的接地电阻RV1为3.8021Ω。
据此，代入公式(4)，计算得出N＝9.93，取整为10套。
3.3验证过程，将R1＝1.6843Ω，RV1＝3.8021Ω，ηV＝0.7，η＝0.9代入公式(6)，计算得出R总＝0.4564Ω＜R＝0.5Ω。
3.4即可将10个缓释型离子接地装置打孔埋设，其中4个埋设于双层接地网的四角附近，1个埋设于长度为50m的水平接地体远离双层接地网的一端，剩余5个均匀设置于长度为350m的水平接地体上，相邻两个缓释型离子接地装置的距离为87.5m。
3.5施工完毕后，使用自动抗干扰地网电阻测试仪测量实际接地电阻R实际＝0.4398Ω，满足规范要求的接地电阻。

Claims (4)

1.一种山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，其特征在于：该工法包括以下步骤：
步骤一：敷设双层接地网；
1.1在牵引变电站所址的原土层基坑内开挖第一沟槽，并在第一沟槽内敷设下层接地网，所述下层接地网为边缘封闭的矩形金属网；通过放热焊接的方式在下层接地网的网格交叉点垂直向上引出若干根垂直连接线，作为预留的接地引上线，并回填厚度为8m的片石层；
1.2填平后开挖第一沟槽并敷设上层接地网，所述上层接地网为边缘封闭的矩形金属网，通过接地引上线与下层接地网相连接，并保证上层接地网与下层接地网保持正对，两者上下间距为8m；
1.3测量双层接地网的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R进行比较，若大于规范要求的接地电阻R，则进行步骤二；
步骤二：敷设外延水平接地体；
2.1在基坑周围土壤电阻率较低的地区开挖第二沟槽，将从下层接地网引出的外延水平接地体敷设于第二沟槽内，并在第二沟槽内回填高能回填料；
2.2计算设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻R1，计算公式如下：
R1＝Rs/Ks (1)
式(1)中：KS为高能回填料的降阻系数，RS为外延水平接地体的接地电阻；
式(2)中：ρ为土壤电阻率，l为水平接地体的总长度，h为水平接地体的埋设深度，d为水平接地体的等效直径，ηs为双层接地网连接外延水平接地体后整体的冲击利用系数，A为水平接地体的形状系数；
2.3测量在增设外延水平接地体之后整个接地装置的实际接地电阻，并与规范要求的接地电阻R比较，若大于规范要求的接地电阻R则进行步骤三；
步骤三：埋设深井接地装置；
3.1计算深井接地装置所需达到的总接地电阻RV；
R＝(R1‖RV)/η (3)
式(3)中：R1为设置外延水平接地体后整个接地装置的总接地电阻，R为规范要求的接地电阻，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，R1‖RV表示R1与RV并联后的接地电阻；
3.2计算深井接地装置的个数N；
式(4)中：RV1为单套深井接地装置的接地电阻；ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数；
式(5)中：ρ为土壤电阻率，L为埋设深井接地装置的钻孔长度，D为深井接地装置的等效直径，KV为土壤调节系数；
3.3计算设置深井接地装置后整个接地装置的实际总接地电阻R总；
R总＝[R1‖(RV1/N/ηV)]/η (6)
式(6)中：ηV为所有深井接地装置整体的冲击利用系数，η为双层接地网、水平接地体与深井接地装置三者连接后整体的冲击利用系数，N为深井接地装置的个数，R1‖(RV1/N/ηV)表示R1与N个并联的RV1并联后的接地电阻；
3.4根据深井接地装置的数目钻设钻孔；所述钻孔首先沿外延水平接地体的敷设方向等距钻设，其次对称钻设于双层接地网的四周，N个深井接地装置一一对应埋设于钻孔内；在沿外延水平接地体敷设方向埋设的深井接地装置与外延水平接地体连接；在双层接地网四周埋设的深井接地装置同时与下层接地网和上层接地网连接；
3.5施工完毕后，使用自动抗干扰地网电阻测试仪测量实际接地电阻R实际。
2.根据权利要求1所述的山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，其特征在于：步骤2.1中所述，土壤电阻率小于等于200Ω·m的地区为较低电阻率的地区。
3.根据权利要求2所述的山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，其特征在于：步骤2.1中所述的外延水平接地体沿河道走向埋设。
4.根据权利要求1、2或3所述的山区高填方、高土壤电阻率高速铁路牵引变电所接地工法，其特征在于：深井接地装置采用缓释型离子接地装置。
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