深井壓力注漿接地技術研究在變電站中的應用

國網陜西省電力公司經濟技術研究院 羅 海 國網榆林供電公司 魏 鐸 白 璐 屈宏志 艾鋮杰

西安卓力科技發展有限公司 楊 雄 程 營 王 盛

作為新型接地技術，變電站的壓力注漿深井接地技術包含在國家電網公司國網基建部關于發布依托工程設計新技術推廣應用實施目錄中，該技術有效地解決了砂礫土及裂隙巖等電阻率較高的地區傳統接地材料和接地網施工方法難以符合設計規范的問題，避免接地不良和雷擊跳閘等事故，為長期的變電站接地系統做出可靠和穩定的技術保證。當前電力建設項目的預算和預算分配中，缺少與壓力注漿匹配的子目。在之前對壓力注漿的接地技術進行安裝時，總預算的計算方法基本使用的是電力行業通用的“降阻劑”計算，或安裝成本根據經驗系數乘以設備和材料成本計入工程成本，這就導致費用的精度和實際費用有很大不同，不符合成本合理化的成本管理要求[1]。

1 壓力注漿下的深井接地技術

壓力注漿深井接地技術最明顯的特點就是利用機械鉆井，降阻材料是從管狀接地體的內部注入，這也就使泥漿是從導流孔的位置流入到深井下部[2]。封井后，降阻材料注入巖土中并在注入巖土周圍的金屬礦物質層、地下水層及巖土縫隙中進行擴散，以更好的達到降低巖土視在電阻率的目的。

注漿工藝研究：在深井接地中使用注漿技術主要分為裂隙巖注漿法、砂礫石層注漿法。常用的砂礫石層注漿法主要有套管護壁注漿法、套管閥注漿法、鉆進同步注漿法、打花管注漿法等，裂隙巖注漿法一般分為鉆孔、清理注漿機碎屑和巖體裂縫、通過水壓試驗獲取巖體滲透率的四個階段[3]。裂隙巖注漿法可分為三個方法：由下部向上部栓塞注漿法、下部上部分段栓塞注漿法、由上部至下部栓塞注漿法。不同的注漿工藝具有不同的特點和應用前景。因此，最有效的注漿策略是結合現有注漿工藝尋找適合不同地質構造的注漿組合。

降阻機理研究：巖土的土壤電阻率特性與巖土成分、結構、溫度、含水量、孔隙比等關鍵因素有直接關系，大量低電阻率材料填入巖層裂隙中，可大大降低巖層中各電性層的電阻率[4]。注漿過程中，大部分低電阻注漿物質都沒有儲存在深井里，而是借助壓力填充在巖層裂縫和孔隙中，形成類似樹狀的低電阻網絡。所以壓力注漿接地技術降阻機理是最大限度地利用巖土結構的孔隙和裂縫，結合壓力向巖土結構的細孔和裂縫中注入低電阻率材料漿體、達到改善巖土電阻率特性目的，從而達到降阻目的。

2 深井壓力注漿接地技術施工工藝分析

2.1 施工工藝流程分析

施工準備：技術說明。按照批準的施工計劃，施工單位將向施工負責人提供技術細節，包括施工現場的布局、施工方法、人員組織、材料和工具的準備、機械準備、技術對策、安全和環境保護的預防措施等；施工現場的準備。在最初的兩項分項項目中，已完成了地基內的柵欄和警告標識等相關的安全對策；施工過程中的準備。為了開展工作，召開班級前的會議，檢查機器和工具，確認是否滿足施工條件。

操作流程。為便于壓力注漿機的注入，將攪拌筒放置在接地極附近，要先將相應數量的水倒入攪拌筒內，按設計比例均勻攪拌導電劑，將注漿機的管與攪拌桶的管進行連接，用管連接到深井電極外露部分，使用壓力注漿機將其注入深井，使用壓力注漿機將導電劑完全混合，直到深井中充滿導電劑；工藝標準。導電劑和水按照比例混合；施工準備。施工時各注漿壓力控制為注漿≤1MPa，壓力注漿4～8MPa，導電介質應與水均勻混合，運輸、攪拌過程中應避免產生粉塵，保證施工現場的安全施工以及文明施工。

2.2 施工工藝技術的機理和特點

壓力注漿接地技術是根據以往的深井接地技術又追加上的壓力注漿技術。深井接地電極可根據砂壤土的腐蝕度用鋼管、銅管、銅包覆鋼材質管制成，ZLC-A型的Hi-c CPC導電劑可從噴嘴向深井內填充壓力。壓力注漿接地技術的電阻降低機制是在插入Hi-c CPC導電劑后，通過深井接地電極管的壓力將Hi-c CPC導電劑注入深井，地面周圍的砂壤土通過擴散到周圍較寬的金屬礦物質層和砂壤土中滲透，將原始松散的地層結構凝結在三維低電阻擴散網絡表面，改變原砂壤土結構，降低砂壤土阻力，有效地減少接地電阻(圖1）。試驗表明，通過壓力注漿接地技術后土壤視在電阻率的改善區域呈現不規則的橢球形，改善距離可達2米到幾十米遠（圖2）。壓力注漿接地技術實際上是一種巧妙的大范圍土壤改性技術。

圖1 填充了降阻劑的區域

圖2 注漿后形成的立體網狀結構

3 榆林某110kV變電站應用分析

3.1 工程簡況

榆林市位于陜西省的最北端，市區內的地貌特征劃分是以長城為界線，長城以北屬于風沙草灘地帶、占市區總面積42%，長城以南是黃土的丘陵地帶、占市區總面積58%，地下水類型主要為潛水。本站采用以水平接地體為主、垂直接地體為輔的人工接地網。主地網采用－60×8mm鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用Φ50mm鍍鋅鋼管、長度為2.5m，主地網的敷設深度為-1.7m。在進站大門等主要出入口處裝設與接地網相連的均壓帶。降阻措施采用壓力注漿接地技術，沿圍墻設置6口36m深接地井，深井接地體采用φ48mm鍍銅鋼管接地極，注漿量設置46kg/m，接地體壽命40年，年腐蝕率約為0.065mm。

3.2 實施步驟和注漿狀況

榆林110kV變電站項目使用壓力注漿深井技術的降阻措施，深井注漿壓力控制采用了三種注入方法，即一種低壓控制和兩種高壓梯度控制，注漿材料選擇碳基材料Hi-c CPC導電劑，采用高密度電流法對比注漿前后巖土電阻率特性的改善情況。注漿完成后，對各單口壓力注漿深井進行接地電阻測量，并分別在接地極接入主接地前、后測量主接地網接地電阻。

3.3 試驗數據分析

對低電阻率區域及表層細砂土壤（0～3m）視在電阻率的改善較小，當土壤視在電阻率值≤300Ωm時，其平均降阻效率約為30%。其原因是表層土壤較為松散，受自然降水及溫度的影響其含水率較高，本身土壤視在電阻率值較低，可改善的域度有限。

對視在土壤電阻率值300～500Ωm的頁巖層具有明顯的改善作用。當土壤視在電阻率值為300～500Ωm時，其平均降阻效率約為30～50%（即將原土壤電阻率降低了30～50%）。也就是說：采用壓力注漿深井接地方式可有效降低此類砂礫土、砂巖以及結構較為松散的風化巖等典型巖土的土壤視在電阻率值。其原因是此類巖土較為松散、孔隙率較大，雖然受巖土含水率的影響，其巖土本身含水率較高，但其巖土本身的土壤視在電阻率值較高，可改善的域度較大，當采用壓力注漿深井接地方式將大部分孔隙注滿低電阻率的Hi-c CPC導電劑時，其土壤視在電阻率值明顯降低。

對視在土壤電阻率值500～1000Ωm的砂巖、泥巖等具有顯著的改善作用。當土壤視在電阻率值為500～1000Ωm時，其平均降阻效率約為60～80%（即將原土壤電阻率降低了70～80%）。也就是說：采用壓力注漿深井接地方式可有效降低結構較為完整的風化石灰巖、頁巖、板巖、泥巖、砂巖、凝灰巖、大理巖、片麻巖等典型巖土的土壤視在電阻率值。其原因是此類巖土結構較完整、孔隙率較小，雖然裂隙發育較多但其巖土本身的含水率較低，因此土壤視在電阻率值高。當采用壓力注漿深井接地方式時，在機械開孔的沖擊力和注漿壓力的作用下使這些裂隙進一步變大，當將大部分孔隙和裂隙注滿低電阻率的Hi-c CPC導電劑時，其土壤視在電阻率值顯著降低。

3.4 成本分析

深井壓力注漿接地工程的合同成本比預算低約20%，主要原因是估計報價不平衡策略。這部分的綜合單價下降主要是由于三個原因：合同費用的固定額還沒有充分適用，合同費用不合理。深井接地埋設及壓力注漿不適用于安裝項目2018年版130元/m的額度，合同成本的分配比預算的分配水平低約60元/m，偏差約在13.44%左右；合同費用的設備材料的估計比較低，合同費用的設備材料的估計比預算低300元/m以上，偏差在50%；由于中標者采用了不平衡報價策略，工程量增加的可能性很高，導致施工材料整體單價上升，相應的項目整體收益水平也隨之上升。建立壓力注漿接地技術的施工預算指數，在對施工技術和施工過程的分析的基礎上，樣品項目是根據工作日的寫實法等技術測定方法，以及手冊、材料及機械的消費指標在現場測定的，為計價提供基本數據。

根據上述分析，針對于榆林邊110kV變電站工程實例，在滿足設計接地電阻要求值0.374Ω的前提下，通過電解離子接地、深井接地、壓力注漿深井三種降阻措施的投資對比，工程的費用由高到低依次是深井接地＞電解離子接地＞壓力注漿深井，壓力注漿深井接地相較于深井接地和電解離子接地費用分別降低了12.5%和24.8%的投資。

結論：陜西榆林地區地質條件復雜、土壤電阻率較高，大大增加了接地系統設計的難度。新型壓力注漿深井接地技術在榆林110kV變電站工程中的成功應用，表明該技術完全適用于陜西省榆林地區砂壤土、裂隙巖等典型地質條件下高土壤電阻率的變電站接地降阻工程，也為陜西電網針對高土壤電阻率地區如何進行準確而有效的降阻提供了新的解題方案。