高速鐵路綜合接地技術(shù)研究

伍承新

【摘要】隨著經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，我國高速鐵路進入了快速發(fā)展期。高鐵技術(shù)的發(fā)展必然會涉及到綜合接地技術(shù)。本文則主要對高速鐵路綜合接地技術(shù)進行探討。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路綜合接地技術(shù)

隨著高速鐵路的發(fā)展,鐵路的牽引負(fù)荷隨之增大,而牽引變電所的回流電流也隨之增大。牽引變電所接地系統(tǒng)面臨兩個嚴(yán)重的問題：一是回流電流造成地網(wǎng)電位不相等,這種情況一方面會對人身以及設(shè)備的安全造成威脅；另一方面將對保護、測量、信號裝置造成影響,并有可能引發(fā)保護裝置的誤動或拒動。二是機車運行時起動、制動等操作造成母線電流波動增大,這種波動產(chǎn)生的電磁信號將對變電所中信號與通信回路造成干擾,也將對保護裝置的測量信號造成干擾并影響調(diào)度中心與變電所之間的通訊,而一般的接地系統(tǒng)不能滿足對電磁信號屏蔽的要求。由于傳統(tǒng)接地系統(tǒng)存在這些問題,隨著牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展,這些問題表現(xiàn)得更加嚴(yán)重,因此發(fā)展綜合接地系統(tǒng)成為一種必然的趨勢[1]。

一、高速鐵路綜合接地概述

高速鐵路綜合接地系統(tǒng)就是將鐵路沿線的牽引供電回流系統(tǒng)、電力供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信及其他電子信息系統(tǒng)、建筑物、道床、站臺、橋梁、隧道、聲屏障等需要接地的裝置通過貫通地線連成一體的接地系統(tǒng)。同時該貫通地線也是牽引回流的一個主要回路，從原理上來說，其實就是一個共用接地系統(tǒng)并通過等電位連接構(gòu)成鐵路的一個等電位體。綜合接地系統(tǒng)由貫通地線、接地裝置及引接線等構(gòu)成，它以沿線兩側(cè)敷設(shè)的貫通地線為主干，充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構(gòu)筑物設(shè)施內(nèi)的接地裝置作為接地體，形成低阻等電位綜合接地平臺。

二、高速鐵路綜合接地總體技術(shù)要求

在綜合接地系統(tǒng)中，建筑物、構(gòu)筑物及設(shè)備在貫通地線接入處的接地電阻不應(yīng)大于1Ω；

對于綜合接地接入物必須進行單端接入，不能構(gòu)成電流回路，尤其是對于電纜外殼，構(gòu)筑物鋼筋均應(yīng)單端接入，不能形成通路，以免燒損設(shè)備破壞絕緣及對構(gòu)筑物強度產(chǎn)生影響；電力、接觸網(wǎng)等強電設(shè)備、設(shè)施接地連接線不得進入通信信號溝槽內(nèi)；橋梁、隧道、無砟軌道、接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)物內(nèi)的接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用結(jié)構(gòu)物中的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體；當(dāng)沒有結(jié)構(gòu)鋼筋可以利用時，可增加專用的接地鋼筋；當(dāng)自然接地體的接地電阻達不到要求時應(yīng)增加人工接地體；為防止對預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋不應(yīng)接入綜合接地系統(tǒng)；接地裝置通過結(jié)構(gòu)物內(nèi)預(yù)埋的接地端子與貫通地線可靠連接。接地端子直接澆筑在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，表面與結(jié)構(gòu)面平齊。

三、高速鐵路綜合接地設(shè)置

（一）橋梁綜合接地設(shè)置

（1）橋梁綜合接地范圍

橋梁地段貫通地線鋪設(shè)在兩側(cè)的通信信號電纜槽內(nèi)，接地極充分利用橋墩基礎(chǔ)設(shè)置。橋梁結(jié)構(gòu)的梁部、橋墩臺、承臺、基礎(chǔ)以及接地系統(tǒng)的外部接口和各結(jié)構(gòu)之間的連接均進行接地連接,以形成完善的接地系統(tǒng)并具備良好的接地性能[2]。

（2）橋梁綜合接地設(shè)計原則

首先是鋼筋類型的選擇,接地鋼筋可利用結(jié)構(gòu)本身的普通鋼筋,預(yù)應(yīng)力鋼筋不接入綜合接

地系統(tǒng),保證橋梁結(jié)構(gòu)在通過高電壓、電流時結(jié)構(gòu)本身的正常使用功能不受影響并安全傳導(dǎo)電壓、電流通過;其次是鋼筋的截面確定,鋼筋截面積至少應(yīng)為200mm2(如Φ16 mm鋼筋、50×4 mm扁鋼),以保證具有足夠的載流截面,若采用銅纜作為連接線時要求截面不應(yīng)小于50mm2;再次是鋼筋焊接要求：雙面焊搭接長度不小于55mm；單面搭接焊長度不小100mm；焊縫厚度不小于4mm；鋼筋間十字交叉時采用直徑16mm的“L”形鋼筋進行焊接，焊接長度同前；最后是接地測試,對接地鋼筋每處連接均應(yīng)進行電阻值測試,確保電氣回路通暢,經(jīng)檢查全部合格后方可澆筑混凝土。

（3）橋梁綜合接地措施

1、梁體接地設(shè)置

梁體縱橫向預(yù)留接地鋼筋,并在梁的頂面及底面預(yù)留接地端子以便與需要接地的構(gòu)件及下部結(jié)構(gòu)接地體連接,原則上接地鋼筋利用梁部相應(yīng)位置處的結(jié)構(gòu)鋼筋。例如具體接地鋼筋設(shè)置型式為梁端橋面板設(shè)橫向鋼筋、腹板設(shè)豎向鋼筋與縱向鋼筋焊接形成回路；橋上接觸網(wǎng)支柱接地，采用直徑16mm的連接鋼筋與支柱預(yù)埋鋼板和梁部縱向接地鋼筋連接；每孔箱梁橋面設(shè)置4根Φ16 mm縱向鋼筋：在雙線軌道底座板之間的1/3和2/3處各設(shè)置1根鋼筋,兩側(cè)防撞墻下部各設(shè)置1根鋼筋，并縱向貫通整片梁。

2、橋墩及基礎(chǔ)接地設(shè)置

樁基礎(chǔ)橋墩接地設(shè)置在每根樁中設(shè)置一根通長接地鋼筋，上下兩個接地鋼筋通過閃光對焊和幫條焊聯(lián)接，滿足焊縫要求，并在這根接地鋼筋頂端焊一根短鋼筋做為日后尋找的標(biāo)記；樁中的接地鋼筋在承臺中采取環(huán)接方式，把每根樁的接地鋼筋通過與承臺底層環(huán)接鋼筋焊接形成一個回路，施工時應(yīng)對接地鋼筋采用刷上油漆作標(biāo)識，便于檢查；每個橋墩選取縱向靠大里程外側(cè)兩根間距1.7m的豎向鋼筋作為接地鋼筋,一端與承臺底層環(huán)形接地鋼筋焊接，另一端與墩帽處的接地端子相連。

明挖基礎(chǔ)橋墩接地設(shè)置在基底底面設(shè)一層鋼筋網(wǎng)做為水平接地極，水平接地極滿布基底底面，鋼筋網(wǎng)格間距按照1m ×1m設(shè)置；中部“十字”交叉的兩根鋼筋上的網(wǎng)格節(jié)點施以“L”形焊接，外圍鋼筋應(yīng)閉合焊接，其他節(jié)點綁扎；水平接地極鋼筋網(wǎng)格的外緣距承臺混凝土底面不大于70mm2；施工時應(yīng)對接地鋼筋采用刷上油漆作標(biāo)識，便于檢查；所有接地鋼筋間的聯(lián)接采用搭接焊或“L”形焊接，均應(yīng)滿足焊接質(zhì)量和長度要求。

（二）路基綜合接地設(shè)置

（1）路基地段貫通地線埋設(shè)

一般路基地段沿線路兩側(cè)各設(shè)一根貫通地線，位于通信信號電纜槽外側(cè)內(nèi)壁正下方的基床底層中，接地極充分利用接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)；涵洞地段的貫通地線在通信信號電纜槽安裝前，將其敷設(shè)在電纜槽靠線路側(cè)面的下部位置；路堤、土質(zhì)及軟質(zhì)巖路塹地段的貫通地線埋深距基床底層頂面-30cm～-40cm處；硬質(zhì)巖路塹地段，將貫通地線埋設(shè)于通信、信號電纜槽下約20cm，溝中回填細(xì)粒土。

（2）分支引接線的埋設(shè)

分支引接線埋設(shè)工序與貫通地線相同，一端與貫通地線C型壓接，另一端與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)上預(yù)制的接地端子栓接；在引接線中部適當(dāng)位置再與電纜槽側(cè)壁預(yù)制接地端子尾端C型壓接；每個接觸網(wǎng)支柱、跨線建筑物及橋梁與路基、隧道與路基過渡段處各埋設(shè)一根分支引接線，材質(zhì)同貫通地線一樣。

（3）過渡段貫通地線連接

在鄰近過渡段的路基通信信號電纜槽側(cè)壁處預(yù)留接地端子，并預(yù)埋分支引接線將接地端子與貫通地線連接；橋梁、隧道地段的貫通地線沿通信信號電纜槽敷設(shè)至路基段，采用L形連接器將貫通地線與路基段通信信號電纜槽預(yù)留的接地端子連接。

（三）隧道綜合接地設(shè)置

（1）接地與接觸網(wǎng)預(yù)埋加強設(shè)置

隧道左右兩側(cè)的通信信號電纜槽中各設(shè)置一根貫通地線。貫通地線采用截面為70mm2的耐腐蝕并符合環(huán)保要求的銅線，并采用砂防護措施[3]。利用在兩側(cè)通信信號電纜槽側(cè)墻上部縱向貫通的Φ16結(jié)構(gòu)鋼筋作為縱向接地鋼筋，此根鋼筋每100米斷開一次，鋼筋頭間距不小于10cm。用于隧道內(nèi)接地極、接觸網(wǎng)斷線保護接地及接地鋼筋間的等電位連接。

（2）隧道二次襯砌中的接地鋼筋設(shè)置

二次襯砌中有結(jié)構(gòu)鋼筋的隧道利用二次襯砌的內(nèi)層縱、環(huán)向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接觸網(wǎng)斷線保護接地鋼筋；接觸網(wǎng)線垂直向上在拱頂?shù)耐队熬€兩側(cè)，以0.5m為間隔，各選3根縱向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地鋼筋。二次襯砌中無結(jié)構(gòu)鋼筋的隧道除接觸網(wǎng)吊柱基礎(chǔ)接地外，不再單獨考慮接地鋼筋設(shè)置。環(huán)向接地鋼筋設(shè)置位置根據(jù)接觸網(wǎng)專業(yè)提供的里程位置埋設(shè)。

（3）接地鋼筋間的連接及接地端子設(shè)置

隧道內(nèi)的錨桿接地極、底板接地極和二次襯砌內(nèi)的接地鋼筋等接地裝置均應(yīng)通過連接鋼筋與兩側(cè)電纜槽靠線路側(cè)外緣的縱向接地鋼筋連接。隧道內(nèi)接地裝置均采用橋隧型接地端子；從隧道進口2m處開始，在兩側(cè)通信信號電纜槽底部，每間隔100m設(shè)置一個接地端子，小于100m的隧道在中部設(shè)一處。接地端子供隧道接地裝置與貫通地線的連接；從隧道進口2m處開始，在兩側(cè)通信信號電纜槽靠線路側(cè)壁上，每間隔50m設(shè)置一個接地端子，小于50m的隧道在中部設(shè)一處。接地端子供軌旁設(shè)備、設(shè)施接地；當(dāng)接觸網(wǎng)槽道基礎(chǔ)采用預(yù)埋方式時，需將基礎(chǔ)與二次襯砌內(nèi)的環(huán)向或縱向接地鋼筋焊接；當(dāng)基礎(chǔ)采用后植入安裝方式時，需在安裝基礎(chǔ)的位置預(yù)埋接地端子，并與二次襯砌內(nèi)的環(huán)向或縱向接地鋼筋焊接

目前客運專線鐵路綜合接地系統(tǒng)在保證列車安全運行方面的作用得到非常重視,其主要作用就是在牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障時，綜合接地系統(tǒng)應(yīng)能為其提供可靠迅速的保護通道，使故障電流能快速切斷，形成消除危險電位的持續(xù)的泄流通道，以達到接觸電壓和軌道電位的要求。它的作用體現(xiàn)在如下幾個方面:防雷電襲擊保護;軌道電路傳輸可靠性保證;雜散電流電磁干擾以及在意外情況下對橋上設(shè)備、機車車輛和人員的接地保護。因此，在橋梁、路基、隧道、軌道等結(jié)構(gòu)物必須設(shè)置綜合接地，它們作為接地系統(tǒng)的傳輸導(dǎo)體和接地極才能有效地保證了上述功能的順利實現(xiàn)。

參考資料：

[1]趙自靜.高速鐵路綜合接地施工工藝?[J].?價值工程 ,2011,(03)：76-77

[2]王曉明.高速鐵路綜合接地系統(tǒng)分析與研究?[J].?鐵路技術(shù)創(chuàng)新 ,2011,(01)：59-62

[3]肖蘋;劉立峰.高速鐵路綜合接地技術(shù)[J].鐵道經(jīng)濟研究 ,2010,(03)：33-37