高速公路隧道接地系統(tǒng)改造方案及施工工藝

蔣勇燕

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

接地系統(tǒng)是保證電力設(shè)備安全運(yùn)行的基本條件，也是人員和設(shè)備安全的重要保障。而接地電阻是接地系統(tǒng)的重要指標(biāo)，是測(cè)量接地系統(tǒng)安全性的主要參數(shù)。一般高速公路隧道接地系統(tǒng)由變電所接地網(wǎng)、隧道洞口的人工接地網(wǎng)、隧道洞內(nèi)埋設(shè)的人工接地鋼筋以及敷設(shè)于隧道左、右側(cè)電纜溝內(nèi)的扁鋼、銅芯電纜和沿電纜橋架敷設(shè)的接地線(xiàn)(選用扁鋼或者電纜)組成。由于隧道內(nèi)環(huán)境惡劣，在運(yùn)營(yíng)一定時(shí)間后，接地鋼筋、接地扁鋼銹蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)接觸不良或者連接處脫落的情況等，綜合接地電阻值達(dá)不到規(guī)范要求，有的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，經(jīng)常造成設(shè)備因短路故障或者雷電而損毀的情況，同時(shí)對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的人身安全也產(chǎn)生很大的隱患。

1 高速公路隧道綜合接地電阻的要求

高速公路隧道內(nèi)一般設(shè)有大量的強(qiáng)、弱電設(shè)施，根據(jù)隧道的長(zhǎng)度及荷載分布情況在隧道洞口外或者洞內(nèi)設(shè)有變電所。根據(jù)JTG/T D71-2004《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，隧道低壓供配電一般采用TN-S接地型式。隧道內(nèi)的設(shè)備宜采用綜合接地，綜合接地電阻應(yīng)不大于1Ω。

在實(shí)際項(xiàng)目中，對(duì)于有監(jiān)控設(shè)施的隧道，洞口的綜合接地電阻應(yīng)不大于1Ω；對(duì)于無(wú)監(jiān)控設(shè)施的隧道，洞口的綜合接地電阻應(yīng)不大于4Ω。

2 接地系統(tǒng)改造方案及實(shí)施

2.1 改造項(xiàng)目隧道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

對(duì)于實(shí)測(cè)數(shù)值接近規(guī)范要求的隧道，根據(jù)既有接地設(shè)施腐蝕情況或采取局部更換的方式，或在隧道變電所周?chē)鲈O(shè)接地極數(shù)量以達(dá)到接地電阻的要求。而其中香爐山隧道、紗帽山隧道、黃家堡隧道電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求值，是本次改造的重點(diǎn)。

表1 沈本高速隧道電阻實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

2.2 降低接地電阻的幾種方法

(1)進(jìn)行土壤更換

隧道洞口的地質(zhì)復(fù)雜，很多地方的土質(zhì)電阻率高，我們一般會(huì)考慮采用電阻率較低的土壤(例如：黑土、粘土或砂質(zhì)性粘土)更換接地體周?chē)鷮?.5m、深1m左右范圍的高電阻率的土壤。這種方法的缺點(diǎn)是人力消耗大、工時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于工期緊張的改造項(xiàng)目不太適宜，但可局部采用。

(2)深埋接地極

當(dāng)?shù)叵律钐幍耐寥阑蛩碾娮杪瘦^低時(shí)，可采取深埋接地極來(lái)降低接地電阻值。這種方法對(duì)含砂土壤最有效果。這種方法可以不考慮土壤凍結(jié)和干枯所增加的電阻系數(shù)，但施工困難，土方量大，造價(jià)高，在巖石地帶困難更大。

(3)采用外引式接地裝置

如果隧道洞口接地裝置附近有不凍的河流湖泊，可采用此法，但外引式接地極長(zhǎng)度不宜超過(guò)100m。因?yàn)榫嚯x過(guò)長(zhǎng)時(shí)還要考慮導(dǎo)體自身的電阻影響，同時(shí)還存在被損毀或被盜的因素，所以此法本次改造項(xiàng)目不作考慮。

(4)采用接地電阻降阻劑

降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成，具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)，用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時(shí)，其降阻效果較為顯著。

本項(xiàng)目考慮在接地極周?chē)笤O(shè)接地降阻劑(比如高碳石墨降阻劑)，以增大接地極外形尺寸，降低與其周?chē)寥乐g的接觸電阻，因而一定程度上降低接地極的接地電阻。

(5)增設(shè)或更換既有接地裝置

結(jié)合既有隧道接地方式組成情況，我們首先對(duì)隧道內(nèi)部分腐蝕嚴(yán)重的接地扁鋼進(jìn)行更換，同時(shí)隧道洞口增設(shè)接地裝置。此方式缺點(diǎn)是：投資較大，隧道內(nèi)電纜溝接地扁鋼更換時(shí)施工受限，對(duì)安全措施要求高。

對(duì)于本次接地電阻改造項(xiàng)目，以上幾種方式可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互結(jié)合。

2.3 本項(xiàng)目改造的目的及實(shí)施方案

根據(jù)業(yè)主的改造要求，本次隧道接地改造的目的是使變電所交直流工作接地、安全保護(hù)接地、防雷接地的接地電阻值能夠滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)強(qiáng)電接地的相關(guān)要求，即強(qiáng)電接地電阻值不大于4Ω。

本改造項(xiàng)目隧道變電所位于隧道進(jìn)出口處土壤電阻率高，可施工地域少，針對(duì)本項(xiàng)目隧道變電所所處地理環(huán)境的特點(diǎn)及實(shí)際情況，擬定采取以下實(shí)施方案：

(1)隧道主體接地網(wǎng)與變電所接地網(wǎng)連接

隧道主體接地網(wǎng)是由隧道主體鋼筋、預(yù)留預(yù)埋的接地鋼筋以及電纜溝、電纜橋架內(nèi)接地扁鋼等組成，隧道變電所接地網(wǎng)是由建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋以及室外人工接地極等組成。采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼直埋敷設(shè)將隧道主體接地網(wǎng)與隧道變電所接地網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，以增加接地網(wǎng)面積從而降低接地電阻。接地溝開(kāi)挖深度不小于0.7m，并在溝內(nèi)敷設(shè)高碳石墨降阻劑。

(2)隧道洞口增設(shè)接地極

在隧道主體接地網(wǎng)與變電所接地網(wǎng)連接后需重新檢測(cè)接地電阻，對(duì)于接地電阻值仍然超標(biāo)的隧道需在變電所隧道洞口之間或變電所周邊增設(shè)人工接地極。接地極采用Φ40mm×2500mm的熱鍍鋅鋼管打入地下，接地溝開(kāi)挖深度不小于0.7m。回填時(shí)，再選用粘性土壤回填。

新增設(shè)的人工接地網(wǎng)應(yīng)根據(jù)隧道主體接地網(wǎng)與變電所接地網(wǎng)連接后的實(shí)測(cè)接地電阻值進(jìn)行推算所需接地網(wǎng)面積，人工接地網(wǎng)的敷設(shè)分段進(jìn)行，在階段性施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)完工部分的接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測(cè)量，以此推算出整體接地網(wǎng)的接地電阻值，如推算結(jié)果不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，則在余下部分接地網(wǎng)敷設(shè)中再采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

(3)隧道內(nèi)補(bǔ)充或更換接地扁鋼

對(duì)隧道電纜溝內(nèi)接地扁鋼銹蝕嚴(yán)重和缺失的隧道重新敷設(shè)接地扁鋼，采用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼沿電纜溝支架進(jìn)行敷設(shè)，并與支架可靠焊接，扁鋼搭接長(zhǎng)度大于100mm，焊接段做防腐處理，整條接地扁鋼形成可靠電氣連接。

2.4 施工工藝及注意事項(xiàng)

(1)接地體頂面埋沒(méi)深度不應(yīng)小于 0.6m。除接地體外，接地體的引出線(xiàn)應(yīng)作防腐處理；引出線(xiàn)的螺栓連接部分應(yīng)補(bǔ)刷防腐漆。

(2)垂直接地體的間距不應(yīng)小于其長(zhǎng)度的兩倍，水平接地體的間距應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，不宜小于5m。

(3)接地體與建筑物的距離不宜小于 1.5m。

(4)敷設(shè)完接地體的土溝回填土內(nèi)不應(yīng)夾有石塊、建筑廢料等。

(5)支持件間的距離在水平直線(xiàn)部分一般為1～1.5m，垂直部分為 1.5～2m，轉(zhuǎn)彎部分為 0.5m。

(6)接至電氣設(shè)備的接地線(xiàn)應(yīng)用螺栓連接；有色金屬接地線(xiàn)不能采用焊接時(shí)，可用螺栓連接。螺栓連接的接觸面應(yīng)按要求作表面處理。

接地線(xiàn)的連接采用焊接時(shí)，焊接必須牢固無(wú)虛焊。接地線(xiàn)的連接應(yīng)采用搭接焊，其焊接長(zhǎng)度必須為：扁鋼寬度的 2倍(且至少三個(gè)棱邊焊接)；圓鋼直徑的6倍；熱鍍缽鋼材焊接時(shí)，在焊痕外最小100mm范圍內(nèi)應(yīng)采取可靠的防腐處理。在做防腐處理前，表面應(yīng)除銹并去掉焊接處殘留的焊藥。

(7)電纜溝內(nèi)支架采用314不銹鋼膨脹螺栓固定安裝。

(8)接地電阻的測(cè)量

在將隧道主體接地網(wǎng)與配電房接地網(wǎng)聯(lián)接后需進(jìn)行接地電阻測(cè)量，可采用電壓表法和接地電阻測(cè)量?jī)x法。

3 結(jié)論

當(dāng)隧道綜合接地電阻值達(dá)不到規(guī)范要求或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求時(shí)，不僅會(huì)造成設(shè)備因雷電或者短路而損毀的情況，同時(shí)對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的人身安全也會(huì)產(chǎn)生很大的隱患，接地電阻的測(cè)試應(yīng)在運(yùn)營(yíng)管理中得到重視，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并得到合理的維護(hù)和修繕。