高速公路隧道接地系統改造施工工藝
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摘要:接地系統是保證電力設備安全運行的基本條件，也是人員和設備安全的重要保障，接地電阻是接地系統的重要指標，是測量接地系統安全性的主要參數。結合遼寧省高速公路隧道接地系統改造項目，提出了具體的改造方案及施工工藝。
關鍵詞:高速公路隧道;綜合接地;接地電阻;改造方案
接地系統是保證電力設備安全運行的基本條件，也是人員和設備安全的重要保障。而接地電阻是接地系統的重要指標，是測量接地系統安全性的主要參數。一般高速公路隧道接地系統由變電所接地網、隧道洞口的人工接地網、隧道洞內埋設的人工接地鋼筋以及敷設于隧道左、右側電纜溝內的扁鋼、銅芯電纜和沿電纜橋架敷設的接地線(選用扁鋼或者電纜)組成。由于隧道內環境惡劣，在運營一定時間后，接地鋼筋、接地扁鋼銹蝕嚴重，出現接觸不良或者連接處脫落的情況等，綜合接地電阻值達不到規范要求，有的還遠遠大于規范要求，經常造成設備因短路故障或者雷電而損毀的情況，同時對運營維護人員的人身安全也產生很大的隱患。
1高速公路隧道綜合接地電阻的要求
高速公路隧道內一般設有大量的強、弱電設施，根據隧道的長度及荷載分布情況在隧道洞口外或者洞內設有變電所。根據JTG/TD71－2004《公路隧道交通工程設計規范》的要求，隧道低壓供配電一般采用TN－S接地型式。隧道內的設備宜采用綜合接地，綜合接地電阻應不大于1Ω。在實際項目中，對于有監控設施的隧道，洞口的綜合接地電阻應不大于1Ω;對于無監控設施的隧道，洞口的綜合接地電阻應不大于4Ω。
2接地系統改造方案及實施
2．1改造項目隧道實測數據及分析
對于實測數值接近規范要求的隧道，根據既有接地設施腐蝕情況或采取局部更換的方式，或在隧道變電所周圍增設接地極數量以達到接地電阻的要求。而其中香爐山隧道、紗帽山隧道、黃家堡隧道電阻值遠遠大于規范要求值，是本次改造的重點。
2．2降低接地電阻的幾種方法
(1)進行土壤更換隧道洞口的地質復雜，很多地方的土質電阻率高，我們一般會考慮采用電阻率較低的土壤(例如:黑土、粘土或砂質性粘土)更換接地體周圍寬0．5m、深1m左右范圍的高電阻率的土壤。這種方法的缺點是人力消耗大、工時長，對于工期緊張的改造項目不太適宜，但可局部采用。(2)深埋接地極當地下深處的土壤或水的電阻率較低時，可采取深埋接地極來降低接地電阻值。這種方法對含砂土壤最有效果。這種方法可以不考慮土壤凍結和干枯所增加的電阻系數，但施工困難，土方量大，造價高，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，但外引式接地極長度不宜超過100m。因為距離過長時還要考慮導體自身的電阻影響，同時還存在被損毀或被盜的因素，所以此法本次改造項目不作考慮。(4)采用接地電阻降阻劑降阻劑是由幾種物質配制而成，具有導電性能良好的強電解質，用于小面積的集中接地、小型接地網時，其降阻效果較為顯著。本項目考慮在接地極周圍敷設接地降阻劑(比如高碳石墨降阻劑)，以增大接地極外形尺寸，降低與其周圍土壤之間的接觸電阻，因而一定程度上降低接地極的接地電阻。(5)增設或更換既有接地裝置結合既有隧道接地方式組成情況，我們首先對隧道內部分腐蝕嚴重的接地扁鋼進行更換，同時隧道洞口增設接地裝置。此方式缺點是:投資較大，隧道內電纜溝接地扁鋼更換時施工受限，對安全措施要求高。對于本次接地電阻改造項目，以上幾種方式可以取長補短，相互結合。
2．3本項目改造的目的及實施方案
根據業主的改造要求，本次隧道接地改造的目的是使變電所交直流工作接地、安全保護接地、防雷接地的接地電阻值能夠滿足國家規范標準中對強電接地的相關要求，即強電接地電阻值不大于4Ω。本改造項目隧道變電所位于隧道進出口處土壤電阻率高，可施工地域少，針對本項目隧道變電所所處地理環境的特點及實際情況，擬定采取以下實施方案:(1)隧道主體接地網與變電所接地網連接隧道主體接地網是由隧道主體鋼筋、預留預埋的接地鋼筋以及電纜溝、電纜橋架內接地扁鋼等組成，隧道變電所接地網是由建筑物結構基礎內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將隧道主體接地網與隧道變電所接地網進行聯接，以增加接地網面積從而降低接地電阻。接地溝開挖深度不小于0．7m，并在溝內敷設高碳石墨降阻劑。(2)隧道洞口增設接地極在隧道主體接地網與變電所接地網連接后需重新檢測接地電阻，對于接地電阻值仍然超標的隧道需在變電所隧道洞口之間或變電所周邊增設人工接地極。接地極采用Φ40mm×2500mm的熱鍍鋅鋼管打入地下，接地溝開挖深度不小于0．7m。回填時，再選用粘性土壤回填。新增設的人工接地網應根據隧道主體接地網與變電所接地網連接后的實測接地電阻值進行推算所需接地網面積，人工接地網的敷設分段進行，在階段性施工結束后，應對完工部分的接地網進行接地電阻測量，以此推算出整體接地網的接地電阻值，如推算結果不能滿足設計要求，則在余下部分接地網敷設中再采取相應的補救措施。(3)隧道內補充或更換接地扁鋼對隧道電纜溝內接地扁鋼銹蝕嚴重和缺失的隧道重新敷設接地扁鋼，采用40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼沿電纜溝支架進行敷設，并與支架可靠焊接，扁鋼搭接長度大于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
(1)接地體頂面埋沒深度不應小于0．6m。除接地體外，接地體的引出線應作防腐處理;引出線的螺栓連接部分應補刷防腐漆。(2)垂直接地體的間距不應小于其長度的兩倍，水平接地體的間距應根據設計規定，不宜小于5m。(3)接地體與建筑物的距離不宜小于1．5m。(4)敷設完接地體的土溝回填土內不應夾有石塊、建筑廢料等。(5)支持件間的距離在水平直線部分一般為1～1．5m，垂直部分為1．5～2m，轉彎部分為0．5m。(6)接至電氣設備的接地線應用螺栓連接;有色金屬接地線不能采用焊接時，可用螺栓連接。螺栓連接的接觸面應按要求作表面處理。接地線的連接采用焊接時，焊接必須牢固無虛焊。接地線的連接應采用搭接焊，其焊接長度必須為:扁鋼寬度的2倍(且至少三個棱邊焊接);圓鋼直徑的6倍;熱鍍缽鋼材焊接時，在焊痕外最小100mm范圍內應采取可靠的防腐處理。在做防腐處理前，表面應除銹并去掉焊接處殘留的焊藥。(7)電纜溝內支架采用314不銹鋼膨脹螺栓固定安裝。(8)接地電阻的測量在將隧道主體接地網與配電房接地網聯接后需進行接地電阻測量，可采用電壓表法和接地電阻測量儀法。
3結論
當隧道綜合接地電阻值達不到規范要求或遠遠大于規范要求時，不僅會造成設備因雷電或者短路而損毀的情況，同時對運營維護人員的人身安全也會產生很大的隱患，接地電阻的測試應在運營管理中得到重視，以便于及時發現問題并得到合理的維護和修繕。
參考文獻
［1］李景祿．接地裝置的運行與改造［M］．北京:水利水電出版社，2005．
［2］林永強．一次接地網改造的降阻分析:第四屆中國國際防雷論壇［C］．上海:2005．
作者：蔣勇燕 單位：遼寧省交通規劃設計院有限責任公司