降低铁路变电所接地电阻方法的探究

冯宇

【摘 要】随着科技的发展，高速铁路已经开始进入电气化的时代，铁路的动力基本上以消耗电能为主。高速铁路的发展，其所承载的客流量和运载量正在不断增加，负荷太重导致列车运行所使用的电能消耗多，从而提供的电流要大。基本上入地的短路电流远远大于4000安，所以要依靠变电所接地，防止人们被电击或者线路设备出现损害以及产生火灾，保障安全。本文主要探讨有关铁路变电所接地电阻的相关知识。

【关键词】铁路；变电所接地电阻；降低方法

牵引变电所的接地系统是用来保证电气设备运行正常、避免静电和雷电的危害、保障人身安全防止触电的措施。衡量接地系统是否符合标准就是依靠接地的电阻阻值的大小，电阻值被影响的因素有土壤电阻率、土壤结构和接地网形式等。短路电流大和高数值的土壤电阻率造成牵引变电所接地非常困难，国内的很多事故就是因为变电站的接地系统没有达到标准产生的。随着电力系统的发展，短路电流需要的接地电阻的数值越来越小。

一、接地系统受土壤因数的影响

土壤电阻率是接地施工的常用的参数，直接影响着接地电阻的大小、接地电流的分布、接触电势等。土壤的电阻率不是一个恒定值，当土壤结构与土壤类型不同，土壤中的含水量和导电离子的浓度不同，都会影响到土壤电阻率，而且土壤电阻率受温度或者湿度的影响。例如，未冻的土其电阻率要远远低于冻土；普通土电阻率远远低于砂石土。接地系统中的接地电阻受土壤电阻率的影响非常显著，进行科学的设计接地系统离不开准确的土壤参数。设计有关牵引变电所的接地系统时，经常将土壤看成半无限大的均匀介质，并且考虑单层的土壤结构，然后利用简化的公式的进行数据计算。

二、分析接地电阻的标准数值

牵引变电所的接地电阻应该符合设备对暂态过电压、跨步电势、电位的要求，电阻值的大小取决于牵引回流、土壤电阻率和入地短路电流的数值。

对地电位要求的接地电阻。对地电位是电气设备出现接地故障时，设备的接地线和接地体以及设备的外壳等与零电位位置之间相关电位差。电气设备出现接地故障时，产生的接地电流依靠接地的物质，以半球面的形状朝着地下传输，在离地近的地方，因为半球面较小而电阻较大，电流通过时电压下降的值较大，所以电位差较大。在远地端，半球面的面积大电阻小，电压相差不大，所以电位低。地电位要求接地电阻的值R在电流不小于4000安的情况下，阻值不应大于0.5欧姆。在高土壤的地方，因为接地设备的电阻值做到规定时，就会在技术上和经济上极不合理，所以可以稍微提高电阻值但不可超过5欧姆，而且要满足其它的相关条件。

有关接触电势的标准。人站在电极的附近地面用手接触出现接地故障的设备，手脚之间所能承受的最大电位差就是接触电势。接地的短路电流在经过装置进入大地时，由于电极的深度不同和形状的不同，会出现不同的地表电位，最大的接触电势的位置也不固定，不过仍然离电极很近。

接地的短路电流经过接地装置，在大地就会形成电位分布，地面水平距离0.8米间的电位差成为跨步电势。接地的短路电流经过接地装置流入大地，因为电极的深度和电极的形状不同，产生的地表电位也不同，出现最大跨步电势的位置不同。

在短路过程中，由于接地电位的升高，导致工频暂态电压对设备发生反击现象，造成设备被击穿或者避雷器被影响，因此，应该考虑短路电流的非周期分量对设备的影响。目前的牵引变电所多用金属氧化物制成避雷器。

三、高电阻土壤地区的变电所施工方案

铁路局准备在A地区建设变电所，该地区的气候干燥而且非常干旱，土壤的电阻率经过测定大约在2500欧姆左右，根据地质和土体深层的探测发现地下半米到一米是坚石地层。按照常规的要求无法达到设计的要求，所以进行相关计划后，制定以下方案：人工开挖接地网沟，加深1米加宽0.5米，将地极以埋入的方式埋进土地。接地地极的数量按照预期的设计安装；在接地极敷设和接地带安装处添加有效的降阻剂，在接地装置的地区填入较低电阻率值的土壤，如果效果仍不明显就在变电所的墙外再敷设一周，扩大电网的面积，增大降阻剂的使用量和开挖的极坑面积，直到达到预期的标准；施工方案要经过建设的单位的审核和批准，根据相关部门的建议，牵引变电所为延长接地装置的耐用时间将水平带扁钢用铜绞线替换，用铜棒替代垂直的角钢。

四、降低变电所接地电阻的方法

土壤的电阻率偏高就会导致变电所的接地电阻较大，变电所的接地电阻应该考虑电阻设计和运行的安全问题以及经济的最优化，采取切实可靠的措施降低变电所的接地电阻。

根据接地网敷设的常规标准，接地网的外边缘闭合状态，各角为圆弧状，水平均压带的间距为5米，用来减弱电场，垂直接地极间距不应该小于长度的3倍，减小相邻接地体之间的屏蔽作用。接地极间和水平均压带用焊接的方式连接。

在降阻剂的选择上要注意选择合适的降阻剂，例如选择电极、石墨和铜矿石粉等材料制成的降阻剂，降阻效果十分好，不受温度、环境介质和干湿度的影响，导电性能稳定而且具有较好的防腐性能。

接地极可以采用外引接地网法，如果牵引变电所的2000米以内有低电阻率的土壤，可进行外引接地极。外引接地体的形式有很多，要根据变电站的实际情况考虑。如果附近有水可以设置水下接地网，利用变电所外的土壤电阻率低的位置设置与主网连接的接地装置，降低所内接地电阻值得要求。上述例子中，A施工地区土壤多是风化的泥岩。山坡下多是河沟和水田，实施中用水平的接地体连接外引接地体和变电所，降低变电所的接地电阻，避免影响农田的耕作和破坏接地体。

如果地下较深处存在低电阻率的地质结构，用深井接地极法。将平面的地网做成立体的地网，利用低电阻率的下层土地降低接地电阻。深井法靠分流的作用降低接地电阻的电阻率。采用深井接地极法，可以利用地下水层的低电阻率，达到降阻的作用；加大垂直接地极的长度增加接地网电容，达到降阻的目的；将深井的位置选在变电所的接地网外。

在地中的水平或者垂直的敷设金属管道中加入电解化学质，利用土壤的潮气或者空气使电解质发生反应从而变成电解溶液，提高土壤的导电率，保护地极不被腐蚀，降低变电所的电阻的电阻率。

五、施工的注意事项

安全的接地网不但保证接地电阻满足规划的标准，还应该测试地网内的点位分布和跨步电位。接地网的材质和地极的材质应该严格按照计划的标准选择。测量接地电阻的方法通常用电桥法，对于地质条件复杂的高电阻率地域实行四极法测量。接地电阻的测量中，多方向的布线测量以便消除干扰得到最真实的数据。

六、结语

变电所的接地电阻允许值，是依靠变电所位置的实际情况决定的，验收的指标要根据跨步电势、暂态电压和对地电位的最小值进行检测。对于要降阻的地方，根据需要花费费用的多少适当提高电阻的允许值。随着铁路外部电力系统的快速发展，接地系统的建设时刻要关注，降低变电所的接地电阻，保证设备的安全和人们的人身安全，促进高速铁路的发展。

参考文献：

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