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高速公路隧道接地系统改造施工工艺

摘要:接地系统是保证电力设备安全运行的基本条件,也是人员和设备安全的重要保障,接地电阻是接地系统的重要指标,是测量接地系统安全性的主要参数。结合辽宁省高速公路隧道接地系统改造项目,提出了具体的改造方案及施工工艺。

关键词:高速公路隧道;综合接地;接地电阻;改造方案

接地系统是保证电力设备安全运行的基本条件,也是人员和设备安全的重要保障。而接地电阻是接地系统的重要指标,是测量接地系统安全性的主要参数。一般高速公路隧道接地系统由变电所接地网、隧道洞口的人工接地网、隧道洞内埋设的人工接地钢筋以及敷设于隧道左、右侧电缆沟内的扁钢、铜芯电缆和沿电缆桥架敷设的接地线(选用扁钢或者电缆)组成。由于隧道内环境恶劣,在运营一定时间后,接地钢筋、接地扁钢锈蚀严重,出现接触不良或者连接处脱落的情况等,综合接地电阻值达不到规范要求,有的还远远大于规范要求,经常造成设备因短路故障或者雷电而损毁的情况,同时对运营维护人员的人身安全也产生很大的隐患。

1高速公路隧道综合接地电阻的要求

高速公路隧道内一般设有大量的强、弱电设施,根据隧道的长度及荷载分布情况在隧道洞口外或者洞内设有变电所。根据JTG/TD71-2004《公路隧道交通工程设计规范》的要求,隧道低压供配电一般采用TN-S接地型式。隧道内的设备宜采用综合接地,综合接地电阻应不大于1Ω。在实际项目中,对于有监控设施的隧道,洞口的综合接地电阻应不大于1Ω;对于无监控设施的隧道,洞口的综合接地电阻应不大于4Ω。

2接地系统改造方案及实施

2.1改造项目隧道实测数据及分析

对于实测数值接近规范要求的隧道,根据既有接地设施腐蚀情况或采取局部更换的方式,或在隧道变电所周围增设接地极数量以达到接地电阻的要求。而其中香炉山隧道、纱帽山隧道、黄家堡隧道电阻值远远大于规范要求值,是本次改造的重点。

2.2降低接地电阻的几种方法

(1)进行土壤更换隧道洞口的地质复杂,很多地方的土质电阻率高,我们一般会考虑采用电阻率较低的土壤(例如:黑土、粘土或砂质性粘土)更换接地体周围宽0.5m、深1m左右范围的高电阻率的土壤。这种方法的缺点是人力消耗大、工时长,对于工期紧张的改造项目不太适宜,但可局部采用。(2)深埋接地极当地下深处的土壤或水的电阻率较低时,可采取深埋接地极来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤最有效果。这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数,但施工困难,土方量大,造价高,在岩石地带困难更大。(3)采用外引式接地装置如果隧道洞口接地装置附近有不冻的河流湖泊,可采用此法,但外引式接地极长度不宜超过100m。因为距离过长时还要考虑导体自身的电阻影响,同时还存在被损毁或被盗的因素,所以此法本次改造项目不作考虑。(4)采用接地电阻降阻剂降阻剂是由几种物质配制而成,具有导电性能良好的强电解质,用于小面积的集中接地、小型接地网时,其降阻效果较为显著。本项目考虑在接地极周围敷设接地降阻剂(比如高碳石墨降阻剂),以增大接地极外形尺寸,降低与其周围土壤之间的接触电阻,因而一定程度上降低接地极的接地电阻。(5)增设或更换既有接地装置结合既有隧道接地方式组成情况,我们首先对隧道内部分腐蚀严重的接地扁钢进行更换,同时隧道洞口增设接地装置。此方式缺点是:投资较大,隧道内电缆沟接地扁钢更换时施工受限,对安全措施要求高。对于本次接地电阻改造项目,以上几种方式可以取长补短,相互结合。

2.3本项目改造的目的及实施方案

根据业主的改造要求,本次隧道接地改造的目的是使变电所交直流工作接地、安全保护接地、防雷接地的接地电阻值能够满足国家规范标准中对强电接地的相关要求,即强电接地电阻值不大于4Ω。本改造项目隧道变电所位于隧道进出口处土壤电阻率高,可施工地域少,针对本项目隧道变电所所处地理环境的特点及实际情况,拟定采取以下实施方案:(1)隧道主体接地网与变电所接地网连接隧道主体接地网是由隧道主体钢筋、预留预埋的接地钢筋以及电缆沟、电缆桥架内接地扁钢等组成,隧道变电所接地网是由建筑物结构基础内钢筋以及室外人工接地极等组成。采用40mm×4mm的热镀锌扁钢直埋敷设将隧道主体接地网与隧道变电所接地网进行联接,以增加接地网面积从而降低接地电阻。接地沟开挖深度不小于0.7m,并在沟内敷设高碳石墨降阻剂。(2)隧道洞口增设接地极在隧道主体接地网与变电所接地网连接后需重新检测接地电阻,对于接地电阻值仍然超标的隧道需在变电所隧道洞口之间或变电所周边增设人工接地极。接地极采用Φ40mm×2500mm的热镀锌钢管打入地下,接地沟开挖深度不小于0.7m。回填时,再选用粘性土壤回填。新增设的人工接地网应根据隧道主体接地网与变电所接地网连接后的实测接地电阻值进行推算所需接地网面积,人工接地网的敷设分段进行,在阶段性施工结束后,应对完工部分的接地网进行接地电阻测量,以此推算出整体接地网的接地电阻值,如推算结果不能满足设计要求,则在余下部分接地网敷设中再采取相应的补救措施。(3)隧道内补充或更换接地扁钢对隧道电缆沟内接地扁钢锈蚀严重和缺失的隧道重新敷设接地扁钢,采用40mm×4mm热镀锌扁钢沿电缆沟支架进行敷设,并与支架可靠焊接,扁钢搭接长度大于100mm,焊接段做防腐处理,整条接地扁钢形成可靠电气连接。

2.4施工工艺及注意事项

(1)接地体顶面埋没深度不应小于0.6m。除接地体外,接地体的引出线应作防腐处理;引出线的螺栓连接部分应补刷防腐漆。(2)垂直接地体的间距不应小于其长度的两倍,水平接地体的间距应根据设计规定,不宜小于5m。(3)接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。(4)敷设完接地体的土沟回填土内不应夹有石块、建筑废料等。(5)支持件间的距离在水平直线部分一般为1~1.5m,垂直部分为1.5~2m,转弯部分为0.5m。(6)接至电气设备的接地线应用螺栓连接;有色金属接地线不能采用焊接时,可用螺栓连接。螺栓连接的接触面应按要求作表面处理。接地线的连接采用焊接时,焊接必须牢固无虚焊。接地线的连接应采用搭接焊,其焊接长度必须为:扁钢宽度的2倍(且至少三个棱边焊接);圆钢直径的6倍;热镀钵钢材焊接时,在焊痕外最小100mm范围内应采取可靠的防腐处理。在做防腐处理前,表面应除锈并去掉焊接处残留的焊药。(7)电缆沟内支架采用314不锈钢膨胀螺栓固定安装。(8)接地电阻的测量在将隧道主体接地网与配电房接地网联接后需进行接地电阻测量,可采用电压表法和接地电阻测量仪法。

3结论

当隧道综合接地电阻值达不到规范要求或远远大于规范要求时,不仅会造成设备因雷电或者短路而损毁的情况,同时对运营维护人员的人身安全也会产生很大的隐患,接地电阻的测试应在运营管理中得到重视,以便于及时发现问题并得到合理的维护和修缮。

参考文献

[1]李景禄.接地装置的运行与改造[M].北京:水利水电出版社,2005.

[2]林永强.一次接地网改造的降阻分析:第四届中国国际防雷论坛[C].上海:2005.

作者:蒋勇燕 单位:辽宁省交通规划设计院有限责任公司

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