地鐵車站綜合接地設計方案研究

摘 要：基于新版地鐵設計規范要求利用自然接地體作為車站綜合接地裝置的一部分，文章分析比較了新舊地鐵綜合接地設計方案的特點，提出了符合新版規范要求的新的地鐵綜合接地設計方案，為地鐵車站綜合接地設計提供參考。

關鍵詞：地鐵車站；綜合接地；自然接地體；人工接地網

1 概述

文章的研究是建立在對深圳地鐵的設計和建設實踐經驗的基礎上，并參考了國內外地鐵設計的新進理念，對地鐵地下車站綜合接地的設計方案進行探討和總結。2013版新的國家標準《地鐵設計規范》對地下車站綜合接地的設計要求與舊版規范相比有所變化，文章根據新規范的要求對地鐵綜合接地網的設計進行研究和探討，提出了符合新規范要求的地鐵地下車站綜合接地設計方案，為今后地鐵車站綜合接地的設計提供參考。

2 舊的地鐵綜合接地網設計方案

根據2003版的《地鐵設計規范》[1]14.7.5條關于接地的規定“為節省投資及減小接地電阻值，有條件時，可利用自然接地體作為接地裝置”，未對利用自然接地體作為接地裝置做強制性要求。因此，出于對雜散電流腐蝕防護的角度考慮，國內地鐵車站通常的綜合接地做法是在車站結構底板下方設置人工接地網，且人工接地網與車站的主體結構鋼筋保持電氣絕緣，車站各系統綜合接地的電阻大小僅僅取決于人工接地網的接地電阻值。在2013版《地鐵設計規范》[2]頒布以前，國內地鐵地下車站的綜合接地大多采用類似的做法[3]，該方案的綜合接地系統概念圖如圖1所示。

舊的地鐵車站綜合接地設計方案中，車站僅在站臺板下設置一套人工接地網。車站兩端分別設置三組接地引出線，與引出線相連分別設置三個接地母排PCE、WCE和PSCE，分別用于強電設備、弱電設備和車站設備的接地連接，其中，PCE與WCE的引出線之間的距離應大于20米。接地線從接地母排引出，連接至各接地端子箱，接地端子箱之間采用手拉手的方式串聯成環，最后再接回至接地母排。車站內需要接地的設備分別就近接至接地端子箱，強電設備接至強電接地端子箱，弱電設備接至弱電接地端子箱，需要等電位連接的設備如FAS管、水管等直接連接至車站設備接地母排。

地下車站綜合接地網僅利用人工接地網做接地裝置時，具有如下特點：

（1）人工接地網的形狀較規則，材質較為確定，土壤電阻率就某個車站而言較為均勻，便于接地電阻值的計算與測量。地鐵車站人工接地網接地電阻的計算可按照《交流電氣裝置的接地設計規范》[4]附錄A中所提供的方法進行計算。

（2）對于雜散電流的防護影響較小，一方面，地鐵低壓配電系統采用TN-S系統，正常工作情況下PE線不帶電，且人工接地網和車站結構主筋之間采取了絕緣措施，對于車站結構主筋能起到較好的雜散電流腐蝕防護作用。

（3）當車站所在位置土壤電阻率較高時，綜合接地電阻值難以滿足要求，還需采用其他降阻措施，未能充分利用地下車站結構鋼筋埋于土壤中的優勢來降低接地電阻。

（4）所有設備的接地和等電位連接，均通過接地引上線和接地母排實現接地，接地連接的電纜數量較多。

3 新的地鐵綜合接地設計方案

根據新版的2013版《地鐵設計規范》第15.7.12條規定：“變電所應利用車站結構鋼筋或變電所結構基礎鋼筋等自然接地極作為接地裝置，并宜敷設以水平接地極為主的人工接地網。自然接地裝置和人工接地網間應采用不少于兩根導體在不同地點相連接。自然接地極與人工地網的接地電阻值應能分別測量。”可見新版的規范對于利用車站主體結構鋼筋等自然接地體作為接地裝置做了強制性規定，在地鐵車站中必須利用結構鋼筋等自然接地極作為接地裝置。當在確定僅僅采用自然接地極作為接地裝置滿足要求的前提下，還可不做人工接地網。

在新版地鐵設計規范頒布以后，在地下車站的綜合接地設計中，作者在借鑒和吸收了國內新進地鐵設計經驗基礎上，提出了滿足新版設計規范的地鐵地下車站綜合接地方案，如圖2所示為新的地鐵地下車站綜合接地設計方案概念圖。

新的地鐵車站綜合接地設計方案中，車站綜合接地網由人工接地網和自然接地體兩部分組成，施工過程中，兩部分單獨施工，分別測量接地電阻，施工完成后再連接成一個整體。人工接地網在車站兩端僅分別設置組接地引出線，一組接地引出線接至強電設備接地母排PCE，一組用于和車站主體結構鋼筋網組成的自然接地體相連。在車站主體結構施工過程中，多處預埋連接至自然接地體的接地鋼板。弱電設備接地母排WCE和車站設備接地母排PSCE僅需就近連接至車站預埋接地鋼板即可。車站設備與接地端子箱的連接作法與舊方案相同。

新方案具有如下特點：

（1）同時利用了車站主體結構鋼筋和人工接地網作為接地裝置，能有效地降低整個接地裝置的接地電阻，即使在土壤電阻率較高的地方，也能獲得較低的接地電阻值。

（2）由于利用了車站主體結構鋼筋作為接地極，便于對于車站內的設備和金屬構件進行等電位連接，接地引入點可以分散設置于需做等電位連接的場所，僅需在必要的場所預埋接地端子與車站結構鋼筋相連即可，節省了接地電纜的數量和接地連接的工程量。

（3）新方案接地的可靠性較高，因為整個車站主體結構鋼筋網被連接成一個整體，設備只要連接至主體結構鋼筋就能

進行可靠的接地，大大縮短了接地線路的長度，減小了接地線路斷路的風險，從而提高了設備接地的安全性和可靠性。

（4）減少了人工接地網接地引出線的數量，同時接地引出線和車站主體結構無需再保持絕緣，降低了車站結構底板施

工的難度。

4 新舊方案比較

地鐵地下車站的兩種接地方案從接地效果（接地電阻）、接地可靠性、施工難度、雜散電流防護、經濟性等方面進行比較，如表1所示。

新方案利用了自然接地極作為綜合接地網的一部分，因此，可以顯著減小綜合接地的接地電阻提升接地的效果。由于可以從多點方便接入車站的結構鋼筋網實現接地，因此，也顯著提升了接地的可靠性。從施工的工程難度考慮，舊方案接地電纜的敷設工作量較大，新方案大大減少了接地電纜敷設的工作量但增加了土建專業結構鋼筋連接的工作量，因此，兩方案的施工難度相當。低壓系統配電均采用TN-S系統，正常工作的情況下PE線上均無電流通過，雜散電流的防護效果取決于雜散電流收集網和車站主體結構鋼筋網之間的絕緣效果，這一點對于新舊方案均是一致的。但在新方案中，由于人工接地網與車站主體結構鋼筋連接為一體，因此，要求提高人工接地網與雜散電流收集網之間的絕緣性要求。從經濟性角度評價，新方案減少了接地電纜連接的工程量，增加了土建專業結構鋼筋連接的工程量，兩者總體工程量是相當的。

5 結束語

通過對新舊地鐵地下車站綜合接地方案的分析比較可知，根據2013新版《地鐵設計規范》要求設計的地鐵地下車站綜合接地方案，從接地的效果和接地可靠性方面均有顯著提升，這對于地鐵的電氣安全性和可靠性來說是至關重要的?？紤]到地鐵地下車站設置人工接地網的施工難度、工程量和經濟性，部分設置于土壤電阻率較低場所的地下車站，也可考慮僅利用自然接地極做綜合接地網，文獻[5、6]已論證其可行性，新版地鐵設計規范提出采用自然接地體作為綜合接地網的一部分是有其科學依據的。

參考文獻

[1]GB50157-2003.地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社.

[2]GB50157-2013.地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社.

[3]周超，曹明淑，劉強.地鐵車站接地設計探討[J].都市快軌交通，2009，22（5）.

[4]GB50065-2011.交流電氣裝置的接地設計規范[S].北京：中國計劃出版社.

[5]黃德勝.關于地鐵接地問題探討[J].地鐵與輕軌，1998（2）.

[6]黃德勝.再談地鐵接地問題[J].都市快軌交通，2006，19（3）.