地铁车站综合接地系统设计探讨

王 娟

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司)

1 引 言

地铁车站作为一个大型交通类建筑，机电设备系统众多，大致可以分为强电系统和弱电系统。地铁车站接地要能够同时满足强、弱电设备接地，保护接地的要求。针对地下车站(地下全明挖、或地网范围全明挖车站、全暗挖车站)，探讨地铁车站(地下站)综合接地系统的设计。

2 综合接地网设计

2.1 综合接地系统介绍

地铁车站综合接地主要包括牵引变电所及降压变电所的工作接地，通信系统、信号系统等弱电设备的接地及非电气金属管道接地等多种接地。多种接地合用一个接地网，称之为综合接地系统。根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16－2008 的规定，接地网的接地电阻应符合其中设备最小值的要求。参照国内目前已建以及在建地铁项目，综合接地网接地电阻不大于0.5 Ω 设计，困难情况下不大于1 Ω。

地下车站综合接地系统概念图如图所示，图中车站设置牵引降压混合变电所。

图1 地下车站综合接地系统概念图

(1)接地引出端子。

地下车站设变电所设备接地引出线及弱电设备接地引出线。每组引上线包括三个引出端子，其中一个备用。接地引上线分为强电接地引上线(P1，P2，P3)，弱电接地引上线(P4，P5，P6)。通过电缆将接地引上线分别与强电接地母排(PCE)，弱电接地母排(WCE)连结。

(2)强电接地母排(PCE)。

强电接地母排设在变电所内，方便变电所设备接地，缩短供电距离，减少电缆长度。

(3)弱电设备接地母排(WCE)。

一般设在站台板下电缆井附近，弱电设备母排应尽可能靠近P4～P6。

(4)金属管线接地母排(PSCE)。

主要是将进出车站的金属管线与其连接，包括给/排水管，电缆桥架等。车站金属管线接地母排通过电缆与车站强电接地母排(PCE)连结。

区间强弱电电缆支架上敷设有通常接地扁钢，强电电缆支架接地扁钢与PCE 连结，弱电电缆支架与弱电接地母排(WCE)连结。区间弱电设备连结至弱电电缆支架接地扁钢;钢轨、接触网架空地线等与强电接地母排(PCE)连结。

2.2 土建接地

(1)接地网规模。

接地网的规模依照各车站地质条件、岩土电阻率及车站结构形式等具体情况确定。

接地网由水平接地体，垂直接地体、均压带、接地引上线及综合接地体等组成。接地引上线及水平接地体采用50 ×5 mm 铜排;垂直接地体采用长度为2.5 m 的Φ50 ×5 铜管。

①环形接地网。

人工接地网采用外缘闭合的环形接地网，目的是使地面的电位分布均匀，以降低接触电势和跨步电势。外缘各角做成圆弧形，圆弧的半径不应小于均压带间距的一半。均压带间距为6 ～8 m，取外缘圆弧半径为5 m。

②接地网埋设深度。

接地网应靠近变电所并与车站结构底板平行布置，敷设深度为车站结构底板垫层下不小于0.8 m。若底板标高有变化，接地网与底板间应保持不小于0.8 m 的相对位置关系。

③垂直接地极个数的确定。

根据《工业与民用配电设计手册》中的规定，当接地装置由较多水平接地极或垂直接地极组成时，垂直接地极的间距不应小于其长度的2 倍;水平接地极的间距不宜小于5 m。地铁项目中目前所选垂直接地极采用长度为2.5 m 的Φ50 ×5 紫铜管，所以垂直接地极的间距不应小于5 m。

由于垂直接地极个数在一定范围内对接地网接地电阻值影响比较大，超过此数值，将对整个接地网接地电阻影响较小。所以要合理确定垂直接地极的个数。垂直接地极个数的确定可参照一下公式计算

其中RE(1)为单根垂直管形接地体的接地电阻;ρ 为土壤电阻率(Ω·m);l 为接地体长度(m)。

其中n 为接地极个数;RE为接地网接地电阻;RE(1)为单根垂直管形接地体的接地电阻;ηE为接地体利用系数(可从相关设计手册上查得)。

按照以上公式计算的接地极个数是一个设计参考值，设计者应该根据工程经验加以修正。

④接触电势和跨步电势的实测校核。

接地网需进行接触电势和跨步电势的实测校核。接触电势和跨步电势的实测方法参照《接地装置工频特性参数的测量导则》DL/T 475－2006。

(2)接地电阻的计算。

环形接地网的接地电阻可按下式近似计算

式中:ρ 为土壤电阻率(Ω·m);S 为环网所包围的面积(m2)。

2.3 设备接地

(1)各室的弱电接地母排。

在通风空调电控室、气瓶室、银行、公安通信设备室、车站控制室、综合监控设备室、AFC 设备室、民用通信设备室、信号设备室、屏蔽门控制室、通信设备室等设备用房设置弱电接地母排。将各室的弱电设备接地母排通过电缆首尾连结，并将首端与尾端接地母排通过电缆与弱电接地母排(WCE)连结，组成一个弱电接地的环网。

(2)局部等电位连接。

在泵房、通风空调机房、冷水机房、照明配电室、盥洗室、回排风室、垂直电梯等处设置局部等电位连接箱。局部等电位连接的做法主要通过在车站结构柱或者结构板内预埋钢板，钢板与结构柱(板)内主钢筋紧密连接。局部接地母排与预埋钢板连接，再将设备金属外壳通过扁钢或者电缆与局部接地母排相连。

3 案例分析

以西安地铁一号线汉城路站为例，说明综合接地方案的设计。车站单独设置一个综合接地网，接地网平面布置示意图如图2 所示。接地网面积为3 218.5 m2，根据该站的地质资料，底板下岩土电阻率的平均值为46 Ω·m;经计算，垂直接地极取为44 个，接地电阻R=0.32 Ω，满足R ＜0.5 Ω 的要求。此电阻值为理论计算值，若实测接地电阻值不满足设计要求，应采取添加降阻剂、增大接地网面积，深打接地极等措施。

图2 接地网平面布置示意图

［1］中华人民共和国建设部.民用建筑电气设计规范(JGJ16－2008)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［2］中华人民共和国国家标准. 交流电气装置的接地设计规范(GB/T50065－2011)［S］.北京:中国计划出版社，2012.

［3］刘介才.供配电技术［M］.北京:机械工业出版社，2012:246－247.

［4］上海市隧道工程轨道交通设计研究院.西安市地铁一号线汉城路站低压配电与照明施工图设计，2009.

［5］蔡明忠，刘昌林.地铁车站接地与安全设计中综合接地装置的应用［J］.隧道建设，2009，(1):65－67.

［6］周超，曹明淑，刘强.地铁车站接地设计探讨［J］.机电工程，2009，(5):87－90.