中國石化茂名分公司 肖旭榮

按設(shè)計(jì)圖紙施工原本是建設(shè)施工人員必須遵循的一項(xiàng)最基本原則，然而在2019年10月檢查某化工廠220kV變電站GIS室防雷接地工程施工質(zhì)量時(shí)，竟然出現(xiàn)按圖施工還發(fā)生基礎(chǔ)地板中的鋼筋沒有焊接成網(wǎng)和環(huán)形接地母線連接的質(zhì)量事故，經(jīng)查找原因竟然是設(shè)計(jì)方面的錯(cuò)誤所致。

在GIS室地板混凝土已經(jīng)澆筑完畢的情況下，設(shè)計(jì)院新的設(shè)計(jì)整改方案是，在GIS室設(shè)備基礎(chǔ)下的范圍內(nèi)重新布設(shè)100cm×100cm的鋼筋網(wǎng)片并焊接成方格網(wǎng)與基礎(chǔ)槽鋼接地扁鋼焊接，再從此方格網(wǎng)下引8～9個(gè)與已完成的樓板內(nèi)鋼筋焊接連接，最后與室內(nèi)環(huán)形接地母線連接，完成了整改。此次質(zhì)量事故整改后雖經(jīng)驗(yàn)收符合GB50169—2016施工驗(yàn)收規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，滿足防雷接地網(wǎng)連接要求，但卻留下極為深刻的教訓(xùn)。

1 防雷接地網(wǎng)在220kV變電站GIS室中的地位與作用

現(xiàn)在的防雷已不是原來單純的直擊雷防護(hù)，而是具有系統(tǒng)的防護(hù)功能，即內(nèi)外部防護(hù)功能系統(tǒng)：外部防雷功能主要體現(xiàn)在，當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，雷電可直接通過避雷針、避雷帶、地下引線等導(dǎo)入大地，以減弱雷電的威力，既可以保護(hù)建筑物的安全，也可以降低內(nèi)部防護(hù)的壓力；內(nèi)部防護(hù)功能主要是為了保護(hù)室內(nèi)人員和設(shè)備而設(shè)置的功能系統(tǒng)，即在被防護(hù)設(shè)備的位置前端設(shè)置防雷器，這樣就構(gòu)成了一個(gè)以線路、設(shè)備、大地于一體的等電位體，阻止雷電流，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。通過內(nèi)外部防護(hù)裝置的有效結(jié)合，外部防雷系統(tǒng)使建筑物避免了被雷擊的可能，內(nèi)部防雷系統(tǒng)可以消除感應(yīng)雷、過電壓造成的設(shè)備損害隱患。

2 220kV變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)理論概述

220kV變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的建設(shè)不能只單純考慮接地阻抗，還要全面、系統(tǒng)地考慮如：使用材料、敷設(shè)結(jié)構(gòu)、跨步電壓和接觸電動(dòng)勢等方面的因素。

設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則。一是變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的鏈接，必須是建筑基礎(chǔ)主鋼筋與自然金屬接地物相連接；二是假如現(xiàn)場阻值達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，就增加人工接地裝置。前提是，第一以自然接地裝置為基礎(chǔ)，第二必須在防雷接地網(wǎng)的外圍；三是必須采用綜合接地網(wǎng)，以防止接觸電動(dòng)勢和跨步電壓對人員和設(shè)備造成影響[1]。

變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的降阻措施。一是接地體自身阻值大小與接地體尺寸、規(guī)格的關(guān)系；二是接地體的阻值大小與土壤的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)；三是把握好垂直接地體的最佳埋設(shè)深度；四是化學(xué)降阻劑可以快速降低土壤電阻率[2]。

變電站GIS室防雷接地電阻的計(jì)算。按GB50065—2011附錄A中A.0.3關(guān)于均勻土壤水瓶接地等相關(guān)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。其計(jì)算公式為：

式中Rn代表閉合接地網(wǎng)接地電阻；Rc代表等值方形接地網(wǎng)的接地電阻；S代表接地網(wǎng)總面積，m2；a代表水平接地體直徑；L0代表總長度。

變電站GIS室防雷接地最大接觸電壓的計(jì)算。按照《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50065—2011）附錄D.0.3中有關(guān)接觸電位差的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。其計(jì)算公式為：

式中P代表土壤電阻率；Km代表校正系數(shù)；K1代表不規(guī)校正系數(shù)；D代表平行導(dǎo)體間距；d代表導(dǎo)體直徑。

變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的施工驗(yàn)收，按GB50169—2016施工驗(yàn)收規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行施工和驗(yàn)收，特別是該規(guī)范的3.04、4.1.8、和4.2.9的強(qiáng)條規(guī)定。此外，接地網(wǎng)敷設(shè)按4.2.2的要求進(jìn)行施工和驗(yàn)收；接地線按4.2.10的要求進(jìn)行施工和驗(yàn)收；接地裝置的人工接地極按表1和表2的規(guī)格進(jìn)行施工和驗(yàn)收。

表2 銅及銅覆鋼接地極的最小規(guī)格

3 優(yōu)化220kV變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的布置途徑

3.1 優(yōu)化變電站GIS室防雷接地網(wǎng)的布置途徑

合理分布導(dǎo)體的泄漏電流密度。由于不等間距布置接地網(wǎng)可以增大電流的泄漏量，改善泄漏電流的密度，因此可根據(jù)電站GIS室的面積大小，分別按等間距和不等間距布置GIS接地網(wǎng)（表3）[3]。

合理安排土壤表面的電位分布。從表3可知，接地網(wǎng)進(jìn)行不等間距的布置可較大程度地改善土壤表面的電位分布，大小網(wǎng)孔的相對差值不超過0.7%，使得各個(gè)網(wǎng)孔的電位大體相同；而接地網(wǎng)等間距布置，其大小網(wǎng)孔的相對差值卻在12.2%以上。不僅如此，在接觸電勢方面，不等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢要比等間距地網(wǎng)的最大接觸電勢低60.1%，極大程度地提升了接地網(wǎng)的安全系數(shù)[4]。

表3 等間距與不等間距結(jié)果比較

降低接地網(wǎng)接地電阻，確保人身和財(cái)產(chǎn)安全。變電站GIS室是強(qiáng)電、弱電設(shè)備最為集中的地方，電磁環(huán)境復(fù)雜。為確保變電站GIS室的人身和財(cái)產(chǎn)安全?？刹扇∷捻?xiàng)措施：擴(kuò)大原有地網(wǎng)與土壤的接觸面積，增設(shè)人工接地網(wǎng)；改善土壤電阻率，對電阻率低的土壤進(jìn)行填充；采用深井接地；在材料使用上，盡量選用能延長接地體壽命和能降低接地電阻的鍍銅鋼材和長效接地極[5]。

3.2 優(yōu)化變電站GIS室的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工

開工前，必須對變電站GIS室的接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行圖紙會(huì)審，確認(rèn)圖紙沒有問題后再進(jìn)行施工。

要充分利用變電站GIS室基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)絡(luò)作為接地體，這既是技術(shù)上的需要，也有利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。具體做法：在建筑物四周每隔5m敷設(shè)均壓帶一圈，所用材料為50mm×5mm的鍍銅扁鋼；GIS室主體四周均壓帶之間用50mm×5mm鍍銅扁鋼搭接5m×5m的人工接地網(wǎng)，并進(jìn)行焊接；最內(nèi)圈均壓環(huán)與基礎(chǔ)引接，使用材料為熱鍍鋅扁鋼，規(guī)格是80mm×6mm，并用熱熔焊焊接，焊接點(diǎn)做防腐處理。

用石墨接地極安裝垂直接地極。具體做法：垂直接地體間距為5m一根，深度在凍土層以下；為提高接地網(wǎng)的散流效果，垂直接地體要布置在水平接地網(wǎng)邊緣。

接地網(wǎng)的安裝施工要點(diǎn)。按常規(guī)接地體、接地線有人工、天然兩種方式，在實(shí)際施工中使用較多的還是人工。因?yàn)槿斯た蓽p少外界的干擾和影響，促進(jìn)接地電阻值達(dá)到規(guī)定的要求。人工接地體分水平和垂直兩種。接地體施工要注意：垂直接地體相互之間的間距為5m左右，頂部埋深最大0.8m、最小0.5m；同向的道路、出入口其距離要在3m以上；使用材料為砂石瀝青；土壤內(nèi)部的接地連接必須焊接和做防腐處理。

加強(qiáng)對職工的質(zhì)量意識教育。220kV變電站GIS室防雷接地網(wǎng)工程技術(shù)含量雖不復(fù)雜，但擔(dān)負(fù)的責(zé)任卻非常重大，一旦哪個(gè)部位的連接不到位，其后果將會(huì)不堪設(shè)想。從目前施工隊(duì)伍的人員構(gòu)成和隊(duì)伍管理情況來看，新人多、經(jīng)過培訓(xùn)的少，施工點(diǎn)多、轉(zhuǎn)移速度快，管理章法欠缺、往往以包代管。從設(shè)計(jì)部門來講，要對專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行素質(zhì)教育和責(zé)任心教育，出圖之前要認(rèn)真復(fù)核，更不能對同類型工程項(xiàng)目的圖紙不做任何修改就進(jìn)行復(fù)制。這些都是造成質(zhì)量事故發(fā)生的人員和管理隱患。因此，今后在類似工程的設(shè)計(jì)與施工中，設(shè)計(jì)院要認(rèn)真復(fù)核，施工單位必須在技術(shù)上要認(rèn)真看懂圖紙，在施工中要兢兢業(yè)業(yè)，認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍，才能避免類似事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

為保證電網(wǎng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，在220kV變電站GIS室建設(shè)一個(gè)與之相適應(yīng)的安全保護(hù)系統(tǒng)極為重要，其中防雷接地網(wǎng)的科學(xué)布置就是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。GIS室防雷接地網(wǎng)的合理布置，對提高220kV變電站安全運(yùn)行具有極為重大的實(shí)踐意義。

長期的施工實(shí)踐還證明，要建立一個(gè)高質(zhì)量的、確保安全運(yùn)行的220kV變電站GIS室防雷接地網(wǎng)，必須要經(jīng)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理各方的共同努力和協(xié)調(diào)配合才能實(shí)現(xiàn)理想的接地效果。