黃佳強(qiáng)

(北京電鐵通信信號勘測設(shè)計院有限公司,北京 100036)

1 概述

易燃易爆品庫專用線一般由4部分組成,分別是：裝卸作業(yè)區(qū)、儲油區(qū)、輸油管道和專用線鐵路。通過接地電阻很小的接地裝置將干擾電流排入大地,使排流點的地電位降低,是易燃易爆品庫專用線安全防護(hù)的主要措施之一。接地極與輸油管道、鐵路專用線相連,以遠(yuǎn)離鐵路的方向埋入地下(圖1)。

圖1 易燃易爆品專用線設(shè)施分布示意

在易燃易爆品庫專用線日常安全維護(hù)中,接地極接地電阻值超標(biāo)的情況經(jīng)常發(fā)生。某市防雷辦到該市一大型易燃易爆品庫專用線檢測接地電阻情況,發(fā)現(xiàn)某處接地極接地電阻為106.3 Ω,遠(yuǎn)大于《石油庫設(shè)計規(guī)范》(GB50074—2002)以及《交流電氣化鐵道對油(氣)管道(含油庫)的影響容許值及防護(hù)措施》(TB/T2832—1997)中接地電阻不應(yīng)大于10 Ω的標(biāo)準(zhǔn)。

接地電阻主要由接地極及其連接材料的自身電阻、接地極與周圍土壤的接觸電阻以及入地電流在土壤中的擴(kuò)散電阻構(gòu)成,其中接地極與土壤的接觸電阻和入地電流在土壤中的擴(kuò)散電流是接地電阻的主要部分,占接地電阻的98%以上。油庫設(shè)備設(shè)施接地裝置包括接地線和接地極(體)兩部分。接地線和接地極(體)都埋入大地之中。在接地線上設(shè)置了一測試點，以便于測試接地極(體)的電阻值。

經(jīng)現(xiàn)場測量,該接地測試點測出的電阻值為104.1 Ω,排除了防雷辦測試有誤的可能性。經(jīng)油庫管理人員介紹,該接地極埋深在1 m左右,并未添加降阻劑,在2008年防雷辦的相關(guān)檢查中,測得的接地電阻為4.3 Ω。施工人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),該接地體材質(zhì)為扁鋼,表面無腐蝕,埋設(shè)接地極的土壤中摻有焦炭粉和碎木炭。經(jīng)過仔細(xì)的檢查,最終發(fā)現(xiàn)從主儲油罐引出的深埋在地下與接地裝置相連的輸油管線上出現(xiàn)了腐蝕。在更換了輸油管線后,測得接地電阻為12.1 Ω,基本恢復(fù)到正常范圍內(nèi),但高于《石油庫設(shè)計規(guī)范》(GB50074—2002)以及《交流電氣化鐵道對油(氣)管道(含油庫)的影響容許值及防護(hù)措施》(TB/T2832—1997)中接地電阻不應(yīng)大于10 Ω的標(biāo)準(zhǔn)。

2 降低接地電阻值試驗及分級比較

為了達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,施工人員須對該處接地裝置采取降低接地電阻作業(yè)。降低接地電阻一般可以采用:換土法；層疊法；長效降阻劑法；采用最新的低電阻降阻模塊等。為了對以上4種方法的效果進(jìn)行檢驗,在現(xiàn)場施工中,施工人員進(jìn)行了試驗,使用不同的解決方法,得到了不同的效果。

(1)換土法：施工人員在接地極周圍1 m內(nèi),挖了一個深1 m的坑,換上比原來電阻系數(shù)小得多的土壤,主要是焦炭粉和碎木炭[5]。換土結(jié)束后實地測量，接地電阻從12.1 Ω降低到7.6 Ω,達(dá)到了國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但是還沒有達(dá)到防雷辦關(guān)于接地電阻值不能高于5 Ω的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)層疊法：施工人員在接地極周圍挖了一個直徑1 m,深75 cm左右的坑,交替鋪上土壤或食鹽及焦炭顆粒6～8層,其中每層食鹽厚度2～3 cm,每層土壤厚度為10 cm[3]。施工完畢后現(xiàn)場測量的接地電阻從12.1 Ω降低到6.9 Ω,還是沒有達(dá)到防雷辦關(guān)于接地電阻值不能高于5 Ω的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)長效降阻劑法(LRCP)：施工人員在接地極周圍1 m內(nèi)挖了一個深1 m的坑,按水∶降阻劑=0.5∶1.0的質(zhì)量比加水并充分?jǐn)嚢柚敝脸绅ず隣睢⒄{(diào)制好的糊狀降阻劑倒入坑內(nèi)直至全部無遺漏地包覆住接地極,包覆厚度約為10 cm。待降阻劑初凝后,輕輕回填無硬物和樹枝的細(xì)土,然后再加其他土壤并夯實,使它不至于隨地下水和雨水而流失,因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用[4]。施工完畢后，現(xiàn)場測得接地電阻從12.1 Ω降低到4.3 Ω,達(dá)到了防雷辦關(guān)于接地電阻值不能高于5 Ω的標(biāo)準(zhǔn)。

(4)采用最新的低電阻降阻模塊：傳統(tǒng)的接地極多為金屬導(dǎo)體,如扁鋼、圓鋼、角鋼、鋼管、銅棒、銅板等。用傳統(tǒng)接地材料做地網(wǎng)受季節(jié)影響較大,其接地電阻不夠穩(wěn)定,地網(wǎng)使用壽命相對較短,并且在土壤電阻率特別高的條件下難以解決接地問題。低電阻降阻模塊以導(dǎo)電性、穩(wěn)定性非常好的金屬材料為主體,以表面經(jīng)抗腐蝕處理的金屬材料作骨架,通過專用設(shè)備擠壓成型。主要優(yōu)點是接地電阻低,并且十分穩(wěn)定。接地模塊的非金屬材料使電阻率相差巨大的金屬與土壤之間形成一個變化比較平緩的低電阻區(qū)域,當(dāng)大電流沖擊時,可降低接地極、接地線暫態(tài)電位梯度,降低跨步電壓和接觸電壓,減少發(fā)生地電位反擊的概率。在施工中,首先要計算低電阻降阻模塊的用量。

模塊用量計算公式

式中n——接地模塊數(shù)量；

ρ——土壤電阻率；

M——模塊接地系數(shù),取值范圍是0.11～0.15,土壤電阻率ρ越大,M取值越小；

Rn——地網(wǎng)設(shè)計接地電阻值；

K——利用系數(shù),取值范圍是0.7～0.85,模塊數(shù)量越多,K取值越小。

各系數(shù)之間的取值關(guān)系見表1。

表1 各系數(shù)之間的取值關(guān)系

現(xiàn)場實測該接地極處土壤電阻率為54 Ω·m,防雷辦要求的接地電阻值為5 Ω,根據(jù)公式算出需要的低電阻降阻模塊為2塊。

施工完畢后,測得該處接地電阻為3.6 Ω,符合防雷辦的相關(guān)規(guī)定。

4種施工方案測得的接地電阻值和實際工程成本見表2。

表2 各方案的效果及使用成本

通過表2可以看到,采用低電阻降阻模塊效果最好,但是成本偏高。長效降阻劑的效果很好,使用成本也不高。層疊法效果一般,成本較低。換土法效果不錯,成本最低。

試驗結(jié)束后,施工人員對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比選。根據(jù)國家、地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定,在考慮到施工成本的情況下,施工人員最終采用了換土法和長效降阻劑法相結(jié)合的辦法,在長效降阻劑的回填坑中回填了焦炭粉和碎木炭。施工完畢后測得接地電阻值為3.8 Ω,基本達(dá)到了低電阻降阻模塊的水平,在滿足國家、地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時也降低了成本。

3 結(jié)語

隨著鐵路電氣化的飛速發(fā)展,易燃易爆品庫專用線的防護(hù)問題也越來越普遍。在降低接地電阻值的施工中,應(yīng)優(yōu)先采用換土法。如果測得的接地電阻值偏高,換土法不能將接地電阻值降低到標(biāo)準(zhǔn)范圍,此時的最佳方法是將換土法與長效降阻劑法結(jié)合使用,就能得到非常好的效果。在某些大型設(shè)施施工中,低電阻降阻模塊因其效果好、時效長的特點而被廣泛使用,但因其成本偏高,所以在易燃易爆品庫專用線的防護(hù)施工中極少使用。

[1]鐵道部TB/T2832—1997,交流電氣化鐵道對油(氣)管道(含油庫)的影響容許值及防護(hù)措施[S].

[2]GB50074—2002，石油庫設(shè)計規(guī)范[S].

[3]張萬斌.油庫設(shè)備設(shè)施接地電阻值超標(biāo)原因及對策[J].倉儲管理與技術(shù),2001(4)：26-26.

[4]廖華年.淺析降低接地電阻的綜合措施[J].電工技術(shù),2004,4:81-83.

[5]郭星如.接地的標(biāo)準(zhǔn)和實施[OL].中國工程網(wǎng)[2007-08-22]. http://www.gongkong.com/webpage/paper/200708/D-B6F1-0794BB06E868.htm