地鐵車站綜合接地系統設計探討

王 娟

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司)

1 引 言

地鐵車站作為一個大型交通類建筑，機電設備系統眾多，大致可以分為強電系統和弱電系統。地鐵車站接地要能夠同時滿足強、弱電設備接地，保護接地的要求。針對地下車站(地下全明挖、或地網范圍全明挖車站、全暗挖車站)，探討地鐵車站(地下站)綜合接地系統的設計。

2 綜合接地網設計

2.1 綜合接地系統介紹

地鐵車站綜合接地主要包括牽引變電所及降壓變電所的工作接地，通信系統、信號系統等弱電設備的接地及非電氣金屬管道接地等多種接地。多種接地合用一個接地網，稱之為綜合接地系統。根據《民用建筑電氣設計規范》JGJ16－2008 的規定，接地網的接地電阻應符合其中設備最小值的要求。參照國內目前已建以及在建地鐵項目，綜合接地網接地電阻不大于0.5 Ω 設計，困難情況下不大于1 Ω。

地下車站綜合接地系統概念圖如圖所示，圖中車站設置牽引降壓混合變電所。

圖1 地下車站綜合接地系統概念圖

(1)接地引出端子。

地下車站設變電所設備接地引出線及弱電設備接地引出線。每組引上線包括三個引出端子，其中一個備用。接地引上線分為強電接地引上線(P1，P2，P3)，弱電接地引上線(P4，P5，P6)。通過電纜將接地引上線分別與強電接地母排(PCE)，弱電接地母排(WCE)連結。

(2)強電接地母排(PCE)。

強電接地母排設在變電所內，方便變電所設備接地，縮短供電距離，減少電纜長度。

(3)弱電設備接地母排(WCE)。

一般設在站臺板下電纜井附近，弱電設備母排應盡可能靠近P4～P6。

(4)金屬管線接地母排(PSCE)。

主要是將進出車站的金屬管線與其連接，包括給/排水管，電纜橋架等。車站金屬管線接地母排通過電纜與車站強電接地母排(PCE)連結。

區間強弱電電纜支架上敷設有通常接地扁鋼，強電電纜支架接地扁鋼與PCE 連結，弱電電纜支架與弱電接地母排(WCE)連結。區間弱電設備連結至弱電電纜支架接地扁鋼;鋼軌、接觸網架空地線等與強電接地母排(PCE)連結。

2.2 土建接地

(1)接地網規模。

接地網的規模依照各車站地質條件、巖土電阻率及車站結構形式等具體情況確定。

接地網由水平接地體，垂直接地體、均壓帶、接地引上線及綜合接地體等組成。接地引上線及水平接地體采用50 ×5 mm 銅排;垂直接地體采用長度為2.5 m 的Φ50 ×5 銅管。

①環形接地網。

人工接地網采用外緣閉合的環形接地網，目的是使地面的電位分布均勻，以降低接觸電勢和跨步電勢。外緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑不應小于均壓帶間距的一半。均壓帶間距為6 ～8 m，取外緣圓弧半徑為5 m。

②接地網埋設深度。

接地網應靠近變電所并與車站結構底板平行布置，敷設深度為車站結構底板墊層下不小于0.8 m。若底板標高有變化，接地網與底板間應保持不小于0.8 m 的相對位置關系。

③垂直接地極個數的確定。

根據《工業與民用配電設計手冊》中的規定，當接地裝置由較多水平接地極或垂直接地極組成時，垂直接地極的間距不應小于其長度的2 倍;水平接地極的間距不宜小于5 m。地鐵項目中目前所選垂直接地極采用長度為2.5 m 的Φ50 ×5 紫銅管，所以垂直接地極的間距不應小于5 m。

由于垂直接地極個數在一定范圍內對接地網接地電阻值影響比較大，超過此數值，將對整個接地網接地電阻影響較小。所以要合理確定垂直接地極的個數。垂直接地極個數的確定可參照一下公式計算

其中RE(1)為單根垂直管形接地體的接地電阻;ρ 為土壤電阻率(Ω·m);l 為接地體長度(m)。

其中n 為接地極個數;RE為接地網接地電阻;RE(1)為單根垂直管形接地體的接地電阻;ηE為接地體利用系數(可從相關設計手冊上查得)。

按照以上公式計算的接地極個數是一個設計參考值，設計者應該根據工程經驗加以修正。

④接觸電勢和跨步電勢的實測校核。

接地網需進行接觸電勢和跨步電勢的實測校核。接觸電勢和跨步電勢的實測方法參照《接地裝置工頻特性參數的測量導則》DL/T 475－2006。

(2)接地電阻的計算。

環形接地網的接地電阻可按下式近似計算

式中:ρ 為土壤電阻率(Ω·m);S 為環網所包圍的面積(m2)。

2.3 設備接地

(1)各室的弱電接地母排。

在通風空調電控室、氣瓶室、銀行、公安通信設備室、車站控制室、綜合監控設備室、AFC 設備室、民用通信設備室、信號設備室、屏蔽門控制室、通信設備室等設備用房設置弱電接地母排。將各室的弱電設備接地母排通過電纜首尾連結，并將首端與尾端接地母排通過電纜與弱電接地母排(WCE)連結，組成一個弱電接地的環網。

(2)局部等電位連接。

在泵房、通風空調機房、冷水機房、照明配電室、盥洗室、回排風室、垂直電梯等處設置局部等電位連接箱。局部等電位連接的做法主要通過在車站結構柱或者結構板內預埋鋼板，鋼板與結構柱(板)內主鋼筋緊密連接。局部接地母排與預埋鋼板連接，再將設備金屬外殼通過扁鋼或者電纜與局部接地母排相連。

3 案例分析

以西安地鐵一號線漢城路站為例，說明綜合接地方案的設計。車站單獨設置一個綜合接地網，接地網平面布置示意圖如圖2 所示。接地網面積為3 218.5 m2，根據該站的地質資料，底板下巖土電阻率的平均值為46 Ω·m;經計算，垂直接地極取為44 個，接地電阻R=0.32 Ω，滿足R ＜0.5 Ω 的要求。此電阻值為理論計算值，若實測接地電阻值不滿足設計要求，應采取添加降阻劑、增大接地網面積，深打接地極等措施。

圖2 接地網平面布置示意圖

［1］中華人民共和國建設部.民用建筑電氣設計規范(JGJ16－2008)［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［2］中華人民共和國國家標準. 交流電氣裝置的接地設計規范(GB/T50065－2011)［S］.北京:中國計劃出版社，2012.

［3］劉介才.供配電技術［M］.北京:機械工業出版社，2012:246－247.

［4］上海市隧道工程軌道交通設計研究院.西安市地鐵一號線漢城路站低壓配電與照明施工圖設計，2009.

［5］蔡明忠，劉昌林.地鐵車站接地與安全設計中綜合接地裝置的應用［J］.隧道建設，2009，(1):65－67.

［6］周超，曹明淑，劉強.地鐵車站接地設計探討［J］.機電工程，2009，(5):87－90.