富春江電廠微波站接地網改造分析

孫海龍，孫杰，張鑫，壽鑒標

（富春江水力發電廠，浙江省桐廬縣 311504）

富春江電廠微波站接地網改造分析

孫海龍，孫杰，張鑫，壽鑒標

（富春江水力發電廠，浙江省桐廬縣 311504）

富春江電廠微波站建立在電廠左側山頂上，每年遭受多次強雷擊。本文分析了微波站地網接地電阻升高的原因，提出采用聯合接地網改造方案，對降低土壤電阻率的方法以及接地環網、接地深井的敷設進行分析研究。同時，對接地體的埋設、焊接等施工工藝提出了新的要求。微波站地網通過改造后降低了地網接地電阻，改善了地網抗雷電沖擊能力，在降阻及均壓方面取得了顯著的效果。

微波站；接地網；接地電阻

1 概述

微波站引入雷害的途徑多并且遭受雷害機率高。微波站的防雷與接地應進行全方位的綜合治理，采取泄放、消峰、均壓等電位的聯合接地設計原理，全面系統地做好微波站的防雷與接地設計。

富春江電廠微波站為高山站，該站的微波鐵塔建在機房后面，高聳突出容易遭受雷擊，站內設備所處的三維空間電磁場強度異常強大。因此，必須考慮進出站的外部防雷裝置的完善性，包括接閃器（微波鐵塔）、引下線（微波鐵塔構件）以及接地裝置的完善程度。只有外部防雷裝置措施完善了，加上內部防雷裝置，才能保證微波站設備的安全運行。

2 微波站接地網現狀分析

2.1 現場狀況

富春江電廠微波站位于富春江邊上的一座高山上，所處地勢較高，加上信號發射鐵塔，屬當地高建筑物。站內電源線路、信號線路已經做了防浪涌改造。站內設有等電位接地匯流銅排，采用金屬走線架布線，有完善的二次接地網絡，所有設備的金屬外殼均已經做接地處理。鐵塔剛改建不久，防腐措施到位，鐵塔沒有銹蝕現象。

微波站機房基礎地、鐵塔基礎地均連在一起，微波站接地網在五年前進行過一次小改造，當時采用的是銅鍍鋼接地材料，采用熱熔焊焊接方式連接。接地網在當時改造后，其接地電阻達到4.0Ω以下，符合改造設計方案的技術要求。微波站接地網在改造后的三年里，電廠高試班每年都對微波站接地電阻都進行檢測，均符合技術要求。第四年，電廠高試班再次對微波站接地電阻進行例行檢測時，微波站的接地網接地電阻達到7.09Ω，接地電阻偏高。

2.2 接地網接地電阻每年逐升的原因

根據現場的實地勘察，微波站位于高山頂上，坡度陡峭?，F場土壤為不均勻土壤，其地質土層上層為紅色風化夾石土，表土1m以內基本屬于風化石土，屬于高電阻率類土壤。

從資料室保存的原增建接地網圖紙分析認為：原設計的接地網按照水平接地模式，在微波鐵塔四周設置有由熱鍍鋅扁鋼組成的水平接地網，整個接地網形成環形閉合接地網，并且在整個接地網外環設置有垂直接地極。隨著時間的推移，接地網不斷受到雷電沖擊和雨水侵稀作用，特別是在雷電大雨之后，土壤中的導電離子會逐漸向周圍的土壤滲透擴散，造成接地體周圍土壤慢慢流失（特別是風化石土質，因其間隙較大而更為明顯），接地網的阻值隨之呈逐年升高趨勢，是逐年接地電阻值升高的主要原因。

2.3 微波站接地網改造意義

為了保證微波站接地網接地電阻達到國家防雷規范、電力技術規范要求，接地系統的接地電阻應保持在一個相對恒定的阻值。對接地網的改造必須根據微波站所處地理位置的具體情況，在設計地網改造方案時充分考慮到客觀因素對地網造成的影響，盡量減少環境對地網的長遠影響?？茖W合理的設計方案、品質優良的工程材料、規范的施工工藝是一個優良工程不可缺少的條件之一。

3 降低接地電阻的方式

由于微波站所處環境的地質條件復雜，微波站所在的山頂上為風化石、夾石土，均為土壤電阻率極高的風化石層，因此，富春江電廠微波站宜采用垂直接地極與水平接地極組成的聯合接地模式。采用水平接地極，從擴大接地網面積來達到降低接地電阻的目的。根據電力接地網接地電阻的組成，我們得知一個地網的阻值由地網所占的面積和所在地的土壤電阻率兩個條件決定。在地網面積固定（自然條件所限）的情況下，要得到一個接地電阻較低的地網阻值，只有在土壤電阻率上下功夫，而土壤電阻率由其所在地的地質條件所決定，在地網面積不變的前提下，降低地網接地電阻唯一條件就是改變其土壤電阻率。

常規接地工程中，降低接地裝置的工頻接地電阻有：利用自然接地體降低阻值；外引接地裝置；采用深井接地方式；擴大接地網面積及設置水下接地網；填充電阻率較低的物質或降阻劑，人工改善土壤電阻率。

在實際工作中，要根據具體情況分別對待。實踐證明，在高土壤電阻率地區進行接地網改造，采用填充電阻率較低的物質或降阻劑，人工改善土壤電阻率是常規手段之一。當地下較深處有低土壤電阻率的地質結構時，采用深井接地方式的接地裝置防雷效果更好。

4 接地網材料的選用

接地材料的選用也是決定地網接地電阻大小的關鍵。銅的導電性是鍍鋅鋼材的8倍，抗腐蝕性是鍍鋅鋼材的10倍。銅鍍鋼接地材料是一種新型接地材料，它不但具有銅的導電性能，同時具備鋼的強度。銅鍍鋼的銅層厚度大于0.25mm，在大電流和高頻電流情況下，由于集膚效應，導電性能和銅導電率相當。根據美國接地材料研究（1910～1955），銅的平均腐蝕速率是0.003mm/年，銅的腐蝕可以忽略不計。

銅鍍鋼接地材料在施工中采用熱熔焊焊接方式。數以千萬計采用熱熔焊焊接工藝焊接的接地網工程,在使用了50多年后，其焊接連接處性能依然良好。

熱熔焊焊接連接法具有以下優點：外形美觀一致，具有較大散熱面積，導電性能與導體相同，連接點是分子結合，沒有接觸面，更沒有機械壓力，不會隨時間的變化而使連接處松弛或腐蝕。

5 微波站接地網改造方案

5.1 接地網改造設計原則

微波站接地網采用聯合接地方式，將微波站鐵塔基礎地網、微波機房基礎地網及新擴建地網相互連通，共同組成聯合地網。同時利用機房建筑物的基礎（含地樁）及鐵塔基礎內的主鋼筋作為接地體的一部分。

新改造接地網分前后兩部分，微波通信樓前接地網主要用于通信樓接地系統，樓后微波鐵塔四周接地網主要用于微波鐵塔接地泄流，兩者外環連接，形成一個大的接地網。新建接地網與原接地網連接處不少于4處（盡可能多連接），原接地網微波鐵塔與微波通信樓接地系統所連接的4個點全部斷開，防止微波鐵塔遭雷擊時產生地反擊侵入微波通信樓機房。

5.2 接地網布局設計

為了降低微波站接地網接地阻值，提高微波站接地網的運行時效，新方案采用新型銅鍍鋼接地材料，采用高效膨潤土降阻劑輔助回填，同時在接地網外環按照一定的間距設置深井接地極。深井接地極的主要作用是加強對雷擊鐵塔時所產生的雷電流對地泄流。同時，由于深井接地極的深層地下土質結構相對上層土壤緊密，加入高效膨潤土降阻劑其接地效果更明顯，也不易流失，對保持接地網阻值的穩定有直接作用。

圖1 接地網結構示意圖

接地網結構圖如圖1，新設計接地網為閉合環形接地網，垂直接地極設置在接地網外環，相隔12～18m設置一個深井接地極。深井接地極采用機井方式施工，井深設計12m（最好能打到深層低土壤電阻率土層），井直徑100mm。接地網網格寬度為6m×6m或8m×8m。水平接地體采用120mm2銅鍍鋼絞線，垂直接地極采用Φ14.2mm銅鍍鋼接地圓鋼。

為了減少高效膨潤土降阻劑的流失，施工時對水平接地網的埋設盡可能深，最好能達到1m以上。同時降阻劑的使用量要完全把接地極包裹嚴實為準，建議施工量要達到30cm（直徑）以上，即每米使用0.1m3。水平接地網溝結構如圖2。

在施工中，新建接地網與舊接地網相交叉處焊接牢固。微波鐵塔的四個基礎腳采用4×40mm熱鍍鋅扁鋼焊接牢固，再采用熱熔焊方式把4×40mm熱鍍鋅扁鋼就近焊至新建接地網上。施工時挖開微波機房后的四根原接地引入扁鋼，采用器具切割斷開，斷口距離不小于0.5m。

在開挖好的接地溝內，應先回填一部分高效膨潤土降阻劑，再安裝水平接地體，接地網內的網格交叉處的水平接地體采用“十”字型模具焊接牢固，再回填高效膨潤土降阻劑，壓實后再回填挖出來的風化碎石土，再夯實。

6 微波站地網施工注意事項

山體接地網工程施工中必須做好安全防護工作，防止意外傷害，防止設備事故。焊接動火時必須做好消防隔離，嚴防山體著火。施工時遇暴雨、大風或強雷擊天氣應停止施工，人員撤離至室內。

接地網焊接完畢后，應清除掉焊接點處的焊藥渣，再進行土方回填。土方回填時應先填入降阻劑，細土。待把接地裝置填埋不見后，再回填土質較差的土方，并砮實，恢復水泥地面、綠化植被等。

7 結論

富春江電廠微波站接地網改造工期歷時2個月，施工完成后接地電阻測量為3.6Ω，符合國標不大于5Ω要求。經歷了多次雷雨天氣考驗后，沒有出現設備事故。

由于微波站地理位置的局限性，改善接地網最有效的辦法仍然是降低土壤電阻率和接地環網、接地深井的敷設。接地體的埋設、焊接等施工工藝是影響接地網壽命的主要原因。同時還應做好山體周圍的水土流失防范工作，加強種植草皮樹木，改善自然生態環境，延長接地網使用年限。

圖2 接地網溝結構示意圖

[1] 郵電部基建司．GB 50689—2011通信局（站）防雷與接地工程設計規范．北京：中國計劃出版社，2012．

[2] 中國電力企業聯合會．GB 50150—2006電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[M] ．北京：中國計劃出版社，2006．

[3] 虞吳．現代防雷技術基礎．北京：清華大學出版社，2005.

[4] （德）哈塞．低壓系統防雷保護．北京：中國電力出版社，2004.

孫海龍（1975—），男，本科，工程師，從事高電壓試驗、變配電檢修工作，近期重點研究高電壓試驗技術在發供電系統中的應用。E-mail：hailong-sun@sgxy.sgcc.com.cn

孫 杰（1970—），男，本科，工程師，從事機電設備檢修與管理工作，近期重點研究水電廠運維設備管理。

張 鑫（1977—），女，碩士，高級工程師，從事電氣設備自動化及繼電保護工作，近期重點研究電力系統自動化及繼電保護研究、應用。

壽鑒標（1967—），男，本科，工程師，從事水電廠一次設備檢修、設備改造及管理工作，近期重點研究電氣一次設備改造管理。

Reconstruction Analysis of the Microwave Station’s Ground Grid in Fuchunjiang Power Plant

SUN Hailong，SUN Jie，ZHANG Xin，SHOU Jianbiao
（Fuchunjiang Hydro-Power Plant，Tonglu 311504，China）

Built on the mountaintop on the left of Fuchunjiang power plant，the microwave station of the power plant suffers from several times of lightning strokes each year. After analyzing the reasons for the increase of ground resistance in the ground grid of microwave station，this article proposes that the reconstruction scheme of uniting ground grid should be adopted to analytically investigate the method of reducing the earth resistance as well as the installation of grounding looped network and grounding deep wells. At the same time,new requirements are put forward to the installation of grounding devices and the construction technologies such as welding. By reconstructing the ground grid of microwave station，the ground resistance of ground grid is lowered，the ground grid’s ability to resist the lightning impulse is improved and significant effects are obtained in the aspect of resistance reduction and pressure equalizing.

microwave station；grounding gird；ground resistance