高土壤电阻率条件下的牵引变电所接地设计分析
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（中铁第一勘察设计院集团有限公司）
摘 要：本文简单介绍了目前各种降阻方法及限制条件，对高土壤电阻率地区的接地电阻值的合理性进行了探讨，并结合实际工程，提出了高土壤电阻率地区牵引变电所接地设计的综合降阻方案，并校验了接触电势和跨步电压，旨在保证设计的科学性。
关键词：牵引变电所；高土壤电阻率；接地电阻
引言
由于我国的西北地区普遍存在干旱少雨的地理特征，所以在此范围内的高土壤电路率地区较为普遍，又因为目前客运专线在城镇地区征地较为困难，牵引变电所需要做到占地面积小且接地设计达标，所以在有限的接地网面积内降低接地电阻的问题随着客运专线的建设越来越突出。
牵引变电所接地设计对铁路牵引供电系统的安全性、可靠性都有着至关重要的作用。接地系统不仅为各种电气设备提供了一个公共的接地点，而且在故障时具有排泄短路电流，保证所内地电位在安全范围之内。因此，探讨高土壤电阻率条件下牵引变电所接地设计是一件很有意义的事情。
1 各种降阻方法及限制条件
1.1 扩大接地网面积
目前工程中普遍采用的复合接地体接地电阻计算见式（1）：
（1）
式中Rw为复合接地体的接地电阻，？赘；Re为等值方形接地网的接地电阻，？赘；S为接地网的总面积，m2；L0为接地网的外缘边线总长度，m；L为水平接地极的总长度，m；d为水平接地体的等效直径，m；h为水平接地体的埋深，m。
由式（1）可见，增大接地网面积对于降低接地电阻具有明显作用。可是，面对城镇区域内征地困难的地区或山区，并不能实现接地网的扩大或外引。
1.2 接地体局部换土
根据式（1），接地电阻均与土壤电阻率成正比。因此，更换电阻率低的土壤是一种最直接有效的方法。但是，对于工地周边无低电阻率的土壤的地区，要花费长距离运费显然不经济。
1.3 降阻剂降阻
降阻剂应用原理是通过扩散和渗透作用到土壤之中降低土壤的电阻率。渗透性较强的降阻剂，降阻效果好，但是稳定性较差，如遇到雨水冲刷就会降低降阻效果。离子类的降阻剂会在缺水的情况下产生离析变成颗粒状的晶体，这时离子类的降阻剂就会失去导电性。
1.4 深井接地降阻
这种方法适用于深层土壤电阻率较低，或是深层具有地下水的地区，可将接地体穿透水层。但是对于深层土壤电阻率依然很高的区域，效果不明显。
1.5 离子接地极降阻
离子接地极释放活性电解离子是因为其陶瓷合金化合物之中含有电解离子化合物，通过潮解作用就能不断的释放电解离子增强土壤中的导电性，从而降低土壤中的电阻率。可是，离子接地极比较依赖土壤中的水分才能实现电离，如果在长期缺水的环境下，效果不好且不经济。
2 选择合理的接地电阻值
由于牵引变电所属于有效接地系统，其接地装置的接地电阻应符合式（2）：
（2）
式中Rj为采用季节变化的最大接地电阻，？赘；Ij为计算用的经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值，A。
目前，普遍认为牵引变电所的接地电阻值不应大于0.5？赘，其实，这种思路是陈旧的。根据式（2），假如某些牵引变电所短路电流小于1000A时，接地电阻可提高到2？赘，假如对于西北地区330kV电压等级的大容量客专牵引变电所短路电流普遍超过4000A，如果只追求接地降阻而不验算接触电势和跨步电压就脱离了接地的实质。
《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009-2016）这本新规范相对于2005年的旧规范对于高土壤电阻率地区的接地电阻值取消了不应超过5？赘的规定，可见，现在更应关注接地的安全性而不是一味地单纯降阻。因此，对于高土壤电阻率地区在保证安全性的条件下可以适当提高接地电阻值。
3 某工程的综合降阻方案
本文以某客运专线高土壤电阻率地区AT所为例。通过土壤电阻率分层拟合，得到该AT所所在地等值土壤电阻率为1500？赘・m。本次设计不推荐采用降阻剂和离子接地极，因为这二者在长期恶劣的环境条件下易失效。因此，通过延围墙敷设复合接地体，适当扩大地网面积加上局部换土和深井接地的方式降阻。根据资料，该AT所的短路电流取3kA。因此，接地电阻应做到0.67？赘以下。
4 校验接触电势和跨步电压
当牵引所亭电源侧短路时，其接地装置的接触电位差和跨步电位差不应大于式（3）[1]和式（4）[1]：
式中Ej为接触电位差，V；Ek为跨步电位差，V；？籽b为人脚站立处地表面的土壤电阻率，？赘・m；Cb为表层衰减系数；t为接地短路电流的持续时间，s。
经计算，采用以上降阻措施后，得到Ejm最大接触电势502V小于Ej最大允许接触电势625V，Ekm最大跨步电压1580V小于Ek最大允许跨步电压1750V。因此，当接地电阻应等于0.67？赘时，其最大接触电势和最大跨步压是满足要求的。
结束语
本文通过分析目前各种降阻方法及限制条件，指出一味地追求降低接地电阻值并不是接地设计的实质，并结合工程实例，校验了接触电势和跨步电压，以保证接地设计的安全性和可靠性。牵引变电所的接地设计应因地制宜，结合实际情况，综合各种环境因素，采用综合的降阻措施，以便降低工程造价，达到科学设计。
参考文献
[1]国家铁路局.铁路电力牵引供电设计规范[S]（TB10009-2016）.北京：中国铁道出版社，2016.05.
[2]中国住房和城乡建设部.交流电气装置的接地设计规范[S]（GB/T50065-2011）.北京：中国计划出版社，2011.12.
[3]水利水电部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.