地鐵車站綜合接地系統設計分析

盧小明

（重慶市軌道交通（集團）有限公司 重慶 401121）

科學技術水平的提高使得地鐵建設有了很大的進步，但是因為其構造的復雜性，導致其設計和施工難度較大。但是地鐵建設不僅可以緩解城市交通擁堵，更重要是的，還能作為戰時防空的重要組成部分。

1 地鐵綜合接地設計概述

地鐵車站綜合接地系統在設計過程中，需要嚴格按照以下幾個原則進行：①綜合接地系統的設計在保證人身安全、設備安全及運營可靠性的基礎上，盡可能減少投資。②綜合接地系統的設計應同時滿足變電所設備、弱電設備及其他需接地的車站設備對接地的要求。地鐵車站綜合接地網的設計采用人工接地網，水平接地體一般距站臺底板下800mm敷設，在局部遇到下翻梁時，應局部加深，與梁保持不小于600mm的間距。綜合接地網一般設置強電設備接地引上線、弱電設備接地引上線、預留設備接地引上線各一組。弱電引上線距其他引上線沿接地導體的距離不小于20m（每組引出線間的電氣距離大于20m）。實際工程設計中，每組接地引出線為三根，其中一根為備用。同時，設包含結構鋼筋在內的總等電位聯結措施，并充分利用自然接地體作為接地裝置，在站臺板下結構主體上預埋與結構鋼筋相連的鋼板，通過接地母排與人工接地網連接。

2 地鐵站綜合接地系統設計

2.1 接地裝置的常規設計

人工接地網包括水平接地體、水平均壓帶和垂直接地體。根據復合式接地網接地電阻的簡化算法，可以計算出人工接地網的接地電阻：

式中：Re-接地電阻；ρ-土壤電阻率；S-復合接地網的面積。

車站接地網的大小由車站的土壤電阻率和車站規模決定：常規設計中最大的接地網面積不應超過車站基坑的面積；最小接地網的面積由車站土壤電阻率根據計算確定。

地鐵車站內變電所和其他的弱電系統大多都是集中在一個設備房里，但是在另一端往往也需設置跟隨變電所和其他一些弱電設備用房，因此車站兩端都需要接地引出線。這樣，可以在車站兩端各引3組接地引出線（分別引至強電、弱電和金屬管道的接地母排）。每組引出線有3根引出線，其中2根與接地母排相連，另1根為預留。典型地鐵車站的綜合地網布置如圖1所示。

圖1 典型地鐵車站綜合接地網布置示意圖

2.2 接地電阻相關問題的研究與選擇

地鐵車站綜合接地網接地電阻值可以利用下式計算：

式中：Rn-任意形狀邊緣閉合接地網的接地電阻，Ω；Re-等值（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網的接地電阻，Ω；S-接地網的總面積；d-水平接地極的直徑或等效直徑，m；h-水平接地極的埋設深度，m；L0-接地網的外緣邊線總產犢，m；L-水平接地極的總長度，m。

根據詳細的巖土工程勘察報告，查詢設計車站所在土壤層的土壤電阻率，從而計算出設計的綜合接地網的接地電阻值。接地電阻值滿足各接入系統接地電阻最小值的要求，一般不大于0.5Ω。

2.2.1 接地方式對接地電阻要求的研究

地鐵供電系統輸電線路均為電纜線路，且為雙電源，互為備用，一般情況下，接地裝置的接地電阻應符合下式要求：

R≤2000/I

式中：R-考慮到季節變化的最大接地電阻；I-計算用為單相接地故障電流（A）。

2000V為低壓電氣設備絕緣耐壓水平，I一般取為100～1000A，按最嚴重考慮，如取為1000A，則R≤2W，具體取值根據電網情況及各地區運行經驗確定，在發生單相接地故障，如過電流保護要作為零序保護的后備保護時，取值就較高；如過電流保護不需作為零序保護的后備保護時，單相接地故障電流可降低，如取為400A，則R≤5W。具體取值需和主變電所設計單位商討確定。因此在高土壤電阻率地區，接地電阻難以滿足0.5W的要求時，可通過經濟技術比較增大接地電阻，但不得大于5W，這種情況下，除應滿足接觸電勢，跨步電勢要求外，還要防止轉移電位引起的危害，對于能將高電位引向所、車站外或低電位引向所、車站內的設施應采取隔離措施，如加隔離變壓器，通向所、車站內的金屬管道應采取絕緣段隔離等措施。

2.2.2 接地裝置共用對接地電阻要求的研究

通信等弱電設備接地電阻應不大于4W，電子設備接地電阻不應大于4W，若采用共用接地體，接地電阻以諸種接地要求中接地電阻要求最小值為依據；當與防雷接地系統共用，則接地電阻值應小于1W。對于該地鐵線路的實際情況，架空接觸網在地面段已采取架空地線設放電間隙及避雷器等措施，大部分雷電流經地面的接地網泄放，因此地下車站可不考慮與防雷接地體共用接地網的要求，僅地面皇崗站、車輛段和調度中心存在與建筑物防雷接地共用地網問題。

2.3 實例分析接地網設計

某地鐵車站因為施工路段土壤電阻率是比較高的，為了保證設計和施工的安全性，需擴大接地網面積，但本地鐵線路位處城市主干道，地下車站有許多暗挖車站，區間隧道亦多為暗挖，車站地網難以向區間延伸，工程難度極大。如果采取傳統接地網的做法，實際測量和理論計算表明在每個車站底板下面積全做成接地網的情況下，15個車站的接地電阻在1.83～5.62W之間波動，其中3.0W及以上的車站有10個。如需達標，各車站接地網面積需擴大大達50000～100000m2，而實際上每車站面積僅在1300～4000m2左右，即使使用降阻劑及其它措施，工程量也是大得驚人，無法實施。本文從接地的要求及其它因素對接地網實施影響兩方面分析，借鑒國內外地鐵接地系統的作法，在滿足人身、設備對安全接地要求的前提下，提出了適合該地鐵工程特點的接地電阻值及接地網建議方案。

方案一：車站底板下設單獨地網。該方案的實施中，不能夠使用結構鋼筋，每個地下車站設獨立接地網，引上線絕緣于結構鋼筋，在車站地部全部鋪設接地網的情況下，接地電阻不大于2～4W的車站有11個；但對暗挖車站等土壤電阻率高且車站面積小的車站，實施起來難度較大，僅利用車站面積難以滿足接地電阻值要求的車站，還需采取接地網向區間擴大、鋪設降阻劑等措施，必要時可按接地網接地電阻不能大于5的要求來實施；地面皇崗站、車輛段和控制中心等站由于與建筑防雷共用接地網，接地電阻要求不大于1Ω，必須利用建筑樁基作地網。

方案二：直接利用車站雜散電流防護網作接地網。因為該工程對于雜散電流具有較高的防護要求，全線地下車站和隧道結構鋼筋焊接成網，構成一巨大“鋼筋籠”，埋在地面下，是一良好的接地體，僅計算車站結構鋼筋作地網的，該地鐵線路各地下站接地電阻值即為0.84～2.69Ω，如果利用該防護網作接地網，對各類電力設備、低壓設備、弱電設備工作接地，保護接地及人身安全來說都是很好的接地體，經濟上也較合理。

從技術和經濟等多個角度進行比較，該工程選用了第二個方案。經過理論分析，選擇了采用直接利用車站隧道鋼筋作接地網的第二方案，理由如下：該地鐵線路低壓配電系統采用了TN-S系統，系統內中性線和保護線是分開，交流電流不會影響雜散電流防護系統；本文研究的地鐵線路地下區段如采取利用隧道結構鋼筋作地網，又要避免因此額外增加雜散電流腐蝕影響，僅需增將電纜屏蔽層及金屬管道在車輛段與正線隧道口及皇崗地面正線與正線隧道口加絕緣結，這些工作量相比“方案一”的工作量要少得多，采取相應的措施后，該方案也不會增大雜散電流腐蝕的影響，尤其是本文所研究的地鐵線路采取了較完備的雜散電流防護方案即“鋼軌絕緣安裝、回流通路暢通、設立隧道鋼筋為后備排流網兩重收集網、預留排流柜、設立計算機監測系統”。

3 結束語

需要注意的是，在地鐵車站綜合接地系統設計過程中，需要注意：①由于地鐵車站位于地面以下，綜合接地系統的施工應充分考慮接地引出線穿越地下車站結構底板時的防水問題，在引上線穿越底板時采用地鐵專用整體引出裝置。②地鐵的設計是個百年工程，尤其是綜合接地網，一旦車站建成，后期對綜合接地網維護的可能性非常小，所以接地體所用材料必須具有很強的耐腐蝕性，一般選用紫銅材，含銅量要求不低于99.5%，連接方式采用放熱焊接方式。③底板施工前，必須嚴格檢查接地網各連接點，嚴防脫焊、虛焊。④為配合土建施工，接地網可分段敷設，在階段性施工結束后，應對完工部分接地網進行接地電阻測量，以此推算出整體接地網的接地電阻值，如推算結果不能滿足設計要求，則需在其余地網敷設中采取補救措施（如施放物理降阻劑等）。⑤接地引出線應妥善保護，不得丟失、斷裂。

[1]劉松濤.地鐵車站機電設備綜合接地系統的分析及探討[J].北方交通，2012，6：198～200.

[2]魏海洋.關于地鐵車站綜合接地網問題的探討[J].城市軌道交通研究，2010，12（12）：70～71.

[3]王 昱，寧璇.地鐵車站綜合接地若干問題的探討[J].現代城市軌道交通，2012，05：44～46.