关于响洪甸水库燕子河雨量遥测站接地电阻偏大的分析及处理方法

周权

摘要：接地网建设是水情自动测报系统遥测站建设工作的重要基础。响洪甸水库水情自动测报系统接地网在建造、铺设过程中，针对不同遥测站所在位置、土壤环境，因地制宜，分别设计了不同的接地网施工方案，采取了土壤化学处理法、深埋接地极法、外引式接地装置、利用接地电阻防腐降阻剂、专用接地降阻模块以及伸长水平接地体等多种方法，使所有遥测站的防雷接地电阻降到了10Ω以下，取得了良好的接地网接地效果。本文以响洪甸水库水情自动测报系统的燕子河雨量遥测站接地网改造处理成功为案例，分析该站接地网的设计、施工过程和材料性能，旨在为水情自动测报遥测站建造或其他有户外防雷、接地网改造需求者提供参考。

关键词：遥测站；防雷；接地网；接地电阻；降阻剂

随着水情自动测报系统建设的普及，对户外水情遥测站防雷接地技术或户外建筑物防雷需求日益增加。遥测站接地网接地电阻偏高或接地网损坏故障造成野外遥测站雷击事故时有发生，给水情自动测报系统的安全稳定运行带来了较大的隐患。遥测站的接地网设计建造，对遥测站设备的避雷防雷成功与否，保障设备安全稳定运行，至关重要。

响洪甸水库水情自动测报系统于1997年底建成，1998年元月正式投入运行。在水库的上游，共建有8个野外雨量站遥测站，建设的位置有山坡、街道、路边、住宅区、农田，由于保障无线通信信道畅通特殊需求，有的测站位置较高，处于雷击破坏多发区域。为确保遥测站设备的运行安全可靠，在建设初期，响洪甸水情自动测报系统的接地网建设，严格按相关规范要求，采取多种降低接地电阻措施，进行防雷接地地网的设计、建设施工，促使各遥测站接地网的接地电阻值均降到相关防雷规范要求的10Ω以内。经过二十多年的运行，没有一例遥测站房顶天线、雨量桶、太阳能电池板以及房内的终端机等设备因遭受雷击而被损坏。

一、接地网改造背景概述

响洪甸水库水情自动测报系统的燕子河雨量遥测站位置设在海拔400m的山上。地质结构表层为5cm厚的风化沙土，下面是沙岩石，电阻率为4000Ω·m。站房最初的接地网建造在站房周围，采用辐射状水平接地体末端包围闭合，面积为900m2左右，沿山体坡度开挖深0.8m、宽0.3m的沟槽，并施用防腐降阻剂包裹接地体，用黄粘土回填铺设。

施工完成后，测得接地网接地电阻为75Ω左右，不能满足防雷避雷规范要求，需要进一步改造接地网。

二、接地网改造设计分析

水平接地网接地电阻的计算

（1）

式中，R—水平接地体接地电阻，Ω；ρ—埋设接地体的土壤电阻率，Ω·m；l—水平接地体总长度，m；d—水平接地极的直径或等效直径，m；h—水平接地极的埋设深度，m；A—水平接地极的形状系数。

水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）接地电阻简化计算

（2）

式中，ρ—埋设接地体的土壤电阻率，Ω·m；S—接地网的总面积，m2。

从上述两个接地电阻计算公式（1）（2）关系可以看出，接地电阻除与接地极的长度、接地网的总面积、埋设深度有关外，还与接地体处的地质构造（即地质的电阻率）有关；接地网的形状影响不是很明显可忽略考虑（可取近似值1）。其中，土壤电阻率、接地极长度、接地网总面积对接地电阻值影响较明显。那么，在设计接地网时，要尽量选择土壤电阻率低的位置铺设，或同时配合使用特效防腐降阻剂，降低土壤电阻率，进行物理降阻，增加接地体长度（或扩大接地网包围面积），以此减少接地网接地电阻。

三、新接地网铺设

（一）新地网建设方案

燕子河雨量站接地电阻超标，主要原因是站房周围沙岩石电阻率较大。采用常规降阻方法不仅施工难度大、成本高，也较难实现接地电阻达标。现场观察雨量站周围发现，在距离站房120m的下方有面积约为300m2的开阔地洼地。洼地以冲积沙土为主，测得电阻率平均300Ω·m。因此，可采用外引接地网加施用特效防腐降阻剂的方式进行降阻，如图1所示。

图1 新旧地网埋设位置

（二）具体做法

第一，在距离站房120m下方的开阔地带洼地处，新建一个矩形封闭式接地网；根据地形，长、宽分别为55m、37m，用扁铁铺设。

第二，开挖埋设接地体的沟槽，横截面尺寸如图2所示。

第三，施用特效防腐降阻剂。

第四，将新老两个接地网用双根扁铁连接，连接的引接线也埋设在沟槽内，并施用防腐降阻剂。

第五，在矩形接地网的四角，分别打入长2.0m的角钢地桩，并与地网扁铁焊接。

图2  新旧地网尺寸示意图

（三）用材

1.用材选择

接地极尽量选用耐腐蚀的热镀锌钢材，可以延长接地极的使用寿命；配合施用降阻剂。降阻剂由多种成分组成，含有电解质、固化剂、润滑剂及填充材料等，也是一种良好的导电体，用于接地体和土壤之间，一方面，能与金属接地体紧密接触，形成足够的电流流通面；另一方面，能向土壤渗透，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。这些强电解质和水分被网状胶体包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体填充，避免随地下水和雨水流失，因而能长期保持良好的导电作用。在接地极周围敷设降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸、降低与周围大地介质之间接触电阻的作用，因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂在用于小面积的集中接地、小型接地网时，降阻效果较显著。

2.具体采用型号规格

第一，接地体采用热镀锌扁钢，规格尺寸不小于40mm×4mm。

第二，垂直接地桩采用镀锌角钢，规格尺寸不小于50mm×50mm×5mm。

第三，降阻剂采用的是“威速”GR－25P强效物理降阻剂，用量如表1所示。

3.GR系列接地降阻剂性能

GR系列接地降阻剂，采用VSSIO新一代Dercipe配方，由超高钼石墨、膨润剂、吸附剂、电解质和防腐材料调配而成，所有成分均无毒无污染，属于环保型的优质接地材料。其中，吸附剂能吸附周围的水分以及有毒的离子质，净化周围土壤环境。

该防腐剂有较突出的优点：

（1）综合性能佳

吸水保湿性突出，内含吸附剂，吸水率近20倍，成品吸水率达50%，可以大幅提升降阻效果。添加膨润剂和凝胶，在水化情况下，凝成一个整体，减少因雨水因素造成的流失，增加降阻效果持续时间。实验结果表明，对于土壤电阻率＞3000Ω·m的环境，GR降阻效果可达60%以上，远高于同行业产品。

（2）辅助性能突出

细度达300目以上，渗透能力强，能瞬间填充土壤的所有细微空隙，减少接触电阻。同时产品对其他材料的腐蚀＜0.015mm/年，是其他接地材料的最佳辅助，适合高山、干旱等土壤电阻率大的环境。

（3）绿色环保

无毒无污染，对人体和环境不构成任何危害。

四、施工

（一）施工要求

第一，埋设接地体的沟槽要开挖到位，沟槽底部要铺10cm厚的黄土或黄粘土，再铺撒防腐降阻剂，最后铺设镀锌扁钢并焊接。

第二，所有接地极扁钢、角钢的焊接叠加接触长度不小于15cm，满焊缝。焊缝要做防腐保护处理，刷涂防锈漆。

第三，无法埋设暴露在空气中的引接镀锌扁钢，都要刷涂防锈漆。

第四，镀锌角钢接地桩往下打时，如果下方有进一步深打的可能，应使用加长角钢往下打，越深越好。

（二）接地体埋设沟槽回填步骤

第一，铺撒降阻剂并覆盖住镀锌角钢，尤其是在各个焊接位置，应多施用降阻剂完全覆盖住焊接部位。

第二，铺撒20cm以上厚度细土或黄粘土覆盖住降阻剂，并浇水润湿踩实。

第三，用本地沙土填满沟槽剩余空间，并压实。

五、接地电阻的测量

影响测量接地电阻大小的因素很多，例如，测量仪表连接接地极的位置、电流线电压线布设的位置、插入测量极的周围地理环境（如深度、平地、沟渠、坡地、土壤湿度、土壤紧实度等）、测量人员的经验、测量仪表的精度、仪表与接地极连接的接触电阻等。

为了验证接地网设计，正确判断接地网建设是否满足防雷避雷要求，选择符合实际的测量方法尤为重要。测量仪器选定后，先在已知防雷避雷合格的接地网上测试，再投入测量使用。

新建成的燕子河雨量遥测站接地网，初次测量后，分别在半年、一年后进行测量，观察测量值有逐渐变小趋势。以一年后的测量值为新地网接地电阻值。

一般情况下，已建成投入使用的水情自动测报系统遥测站接地网，接地电阻测量应选择在雷雨季节前土壤电阻率较大的季节进行，即夏季土壤最干燥时期或冬季土壤冰冻最甚时期，以确保所测接地电阻的准确性。每2～3年测量一次接地电阻。根据检查情况，如果发现有不合乎要求的地方，应及时作补救处理。

响洪甸水库水情自动测报系统的接地网接地电阻测量，常用的测量仪器是ES3001防雷接地电阻测试仪，测量精度较高，操作简单、便捷。

六、结语

燕子河雨量遥测站的接地网经过改造后，接地网接地电阻明显下降，阻值降到了5Ω以下。经过前十年逐年测量统计，接地电阻值有逐年下降趋势，如图3所示。

图3  燕子河雨量遥测站接地网改造前后

接地电阻变化趋势

响洪甸水情自动测报系统遥测站建设的接地网，经过20多年的使用表明，设计、建设的防雷避雷措施可以有效保护各遥测站设备，提高设备运行的可靠性，降低水情系统运行成本，可为大型水库的水情自动测报野外遥测站防雷避雷建设提供有价值的参考。

参考文献：

[1]GB 50057-94 建筑物防雷设计规范[S].建设部，1994.

[2]YD5068-98 移动通信基站防雷与接地设计规范[S].信息产业部，1998.

[3]SL21-90 降雨量观测规范[S].水利部，1990.

[4]SL61-94 水文自动测报系统规范[S].水利部，1994.