牽引變電所接地極施工新型工裝的應用

王生旭　張冬鑫　霍紅果　龐沛赫

摘 要：接地裝置是鐵路牽引供電系統的重要組成部分，接地裝置的施工質量及檢修質量對鐵路的安全運營起著至關重要的作用。針對垂直接地極施工工藝落后、施工效率低、檢修定位困難等問題，文章提出運用小型機械接地極鉆孔裝置，同時應用北斗高精度定位系統，改變施工工藝，提高施工效率和查找定位效率。

關鍵詞：垂直接地極;接地極鉆孔裝置;北斗高精度定位

中圖分類號：TV523 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.014

國內電氣化鐵路建設持續不斷快速發展，牽引供電系統作為整個電氣化鐵路的心臟，其重要性不言而喻。隨著鐵路牽引負荷和短路電流不斷增大，以及自動化控制程度越來越高，對牽引供電系統安全性和可靠性的要求也越來越高。保證其安全可靠的一個重要因素，就是接地系統的可靠性。工作接地、保護接地、防雷接地等功能的實現，均需通過牽引變電所接地系統實現。因此，接地裝置是維護牽引變電所安全可靠運行，保障運行人員和電氣設備安全的基礎。

鐵路牽引變電所的接地裝置通常采用復合接地形式，水平接地體一般采用150 mm2的銅絞線，埋深為0.8 m;垂直接地極一般采用長度為2.5 m的Φ20 mm銅棒，整體埋入地下后，頂部與水平接地體熱熔焊接，垂直接地極的埋深達3.3 m（距±0 mm）[1]。垂直接地極直徑20 mm，銅棒質地較軟，傳統的施工工藝易造成彎曲變形等現象，且接地極無精確位置，給檢修造成諸多不便，檢修效率低。小型接地極鉆孔裝置的應用可以實現一次成孔、無損安裝，且能達到設計深度，并結合北斗高精度定測裝置實現接地極精準定位，進而提高施工及檢修效率。

1 應用背景

鐵路牽引變電所的垂直接地極施工一般在設備基礎澆筑后進行，設備基礎錯落分置在院內，為了保證設備基礎完好，大型機械設備無法進入場地內進行鉆孔施工。因此，垂直接地極安裝通常采用人工施工工藝。

傳統的垂直接地極的施工方法一般有兩種：一種為人工使用大錘直接將2.5 m長的接地極夯入地下，由于接地極質地較軟，在大錘敲擊過程中極易由于力度掌握不當，造成接地極彎曲使其結構損壞，接地極埋深不能達到標準要求，從而降低了接地系統的安全可靠性;另一種為人工使用洛陽鏟進行挖孔，再將接地極直接埋入孔中并夯實，此種方法雖然避免了接地極的損壞，但施工效率低下，增加了施工成本且影響施工進度。傳統接地極位置的確認，只能根據設計圖紙測量確定大概位置，由于定位不精準，查找費時費力，影響檢修效率。

因此，為提高現場接地極施工機械化、專業化程度，針對實際需求，筆者自行研制了垂直接地極鉆孔裝置，應用效果良好。該裝置體形小巧，能夠穿梭于設備基礎之間及水平接地極溝內，便捷易操作;該裝置可快速一次成孔2.5 m深，使垂直接地極不需夯擊即可滿足埋深要求，不會對接地極造成損傷，采用機械作業，顯著提升了施工效率。同時，該裝置配備北斗高精度定位裝置，在打孔安裝接地極的同時精確定位坐標，并在每個接地極建立每個接地極的坐標數據庫，便于運營單位后期維護[2]。

2 接地極鉆孔裝置

2.1 裝置結構組成

接地極鉆孔裝置主要由可升降支架、鉆孔發動機及鉆桿、升降驅動裝置以及北斗高精度定位裝置組成。

2.2 升降支架

升降支架采用高強度型材，整體強度高且重量輕。上部移動支架和下部支架之間采用嵌套滑動連接，上部移動支架滑動上升至最高位置，支架整體高度可達到2.6 m，可以保證鉆孔發動機及鉆桿的活動范圍不小于2.5 m。在非工作狀態下，上部移動支架滑動下降至最低位置，上部移動支架和下部支架嵌套重合，整個裝置的高度縮減一半，在搬運移動時整個裝置非常方便，更適合場地狹窄的電纜溝內打孔作業。

2.3 鉆孔發動機及鉆桿

鉆孔發動機采用技術成熟穩定、馬力十足的發動機，不受外部臨時電源限制。鉆桿采用高強度結構鋼，螺旋葉片環繞焊接在鉆桿上，在旋轉過程中將土帶出孔外;連接部位采用卡槽式插接，該種連接方式不會產生由于旋轉扭力造成的卡滯，拆卸方便，長度可進行靈活調節。鉆桿連接方式如圖1所示。

2.4 升降驅動裝置

升降驅動裝置由手動絞盤及鋼絲繩組成。手動絞盤采用自鎖式，手動絞盤上自帶鎖止裝置，在手搖絞盤過程中，鎖止裝置可以自動鎖住提升鉆桿或下降鉆桿，用以控制鉆桿提升或下降的速度。在上部移動支架底端設置動滑輪一組，在提升過程中可以減輕手搖絞盤的力量。

2.5 北斗高精度定位裝置

在牽引變電所的后期運營維護中，可能會出現檢查接地網焊接點質量或增加接地引線等情況，傳統的接地極位置確認只能根據圖紙測量確定大概位置，影響檢修效率。應用北斗高精度定位裝置，可以準確定位鉆孔的位置，形成一整套垂直接地極安裝坐標數據，方便運營單位查找使用，提高檢修效率。

定位裝置測量如圖2所示。

3 鉆孔裝置的使用方法

該裝置需要兩名工人配合操作使用，將鉆孔裝置推至鉆孔位置，通過手搖絞盤提升上部移動支架至與鉆孔深度一致的高度，進行鉆桿連接。啟動發動機，搖動絞盤以放松鋼絲繩，發動機和上部移動支架通過自身重力和螺旋鉆孔方式下降鉆孔，在下鉆的同時，鉆桿的螺旋葉片同時將土旋出孔外。達到鉆口深度后，搖動絞盤以牽引鋼絲繩，提升發動機和上部移動支架。

4 施工工藝

4.1 施工流程

采用鉆孔裝置施工，工具體積小、重量輕，兩人即可操作。該工具可以穿梭于基礎之間或接地溝內，機械化鉆孔，施工效率高，施工流程如圖3所示。

4.2 施工準備

按施工圖紙要求確定變電所內接地體設置的位置及走向，用白灰粉作出明顯標志。檢查接地極規格與型號是否符合設計要求。檢查安裝前工作所需的工具及材料是否齊全，并及時運至施工現場。按照設計文件或施工圖紙中的要求，定測水平接地網的路徑以及垂直接地極的位置。根據定測位置開挖水平接地溝，開挖深度滿足設計要求。技術交底已完成，并培訓完成。

4.3 地網溝開挖

從變電所一側平行向另一側開挖接地網溝，并將棄土統一堆放在土溝一側，以便接地體敷設。開挖深度應滿足設計規定，通常開挖深度應比設計值深50 mm～100 mm，在遇有路面時深度不小于1 000 mm。與電纜交叉的地方，地網溝深度要在電纜溝施工深度以下300 mm。

4.4 測量定位

接地極位置根據牽引變電所接地平面布置圖，應用北斗定位裝置定測，并在已開挖完成的地網溝底做出相應標識，將位置坐標修改標識在竣工圖紙上，便于運行后的檢修查找。

4.5 機械鉆孔

根據定測的垂直接地極位置，將新型施工工裝移至指定孔位處。將鉆頭對準定測標識鉆孔，對準后在定位裝置上讀取坐標并記錄。最后，將記錄坐標修改標識在竣工圖紙上，便于運行后的檢修更換。操作新型施工工具打孔作業，操作時注意控制勻速打孔，防止過快，使孔內土不能及時旋出，不能成孔。打孔過程中，新型工具要穩固，不能傾斜，保證打孔垂直。

4.6 接地極安裝

將垂直接地極插入已鉆好的孔內，并用橡膠錘砸幾下，保證接地極底部與孔底接觸緊密。

4.7 地網焊接及回填夯實

采用原土回填垂直接地極與土壤間的縫隙，如果土壤電阻率較高，就采用降阻劑填縫?；靥顣r分層回填，每300 mm夯實一次，采用專用工具套住垂直接地極錘擊夯實，夯實填縫的專用工具如圖4所示。

水平接地體和垂直接地極間的焊接采用熱熔焊，焊接前應保證被焊接件無污物，模具內部無上次焊接的焊渣塊或焊渣粉末;使用噴燈烘干被焊接件和模具，使其盡可能不含水分;模具的規格或形式，與被焊接地體的規格相互配合;點火操作時，現場1.5 m內，不得有無關人員停留;現場1 m～2 m范圍內，不得有易燃物品擺放。

放熱焊劑反應結束后，任何人不得直接接觸模具和被模具件，待模具和被焊接件自然冷卻10 s～20 s，將模具從被焊物品中剝離開。焊接后檢查熔接頭包裹是否嚴密，表面是否光滑且無貫穿性氣孔;否則，應重新焊接。

5 應用效果

接地極鉆孔裝置在多條鐵路牽引變電所、分區所內的垂直接地施工中應用，從使用情況來看，使用該裝置進行鉆孔作業，質量穩定可靠，操作簡單安全，鉆孔深度滿足設計要求。相比傳統的人工垂直接地極施工方法，垂直接地極施工效率明顯提升，在安裝過程中未發生銅棒彎折、損壞等情況，垂直接地極安裝一次合格率達到了100%。

現場分別采用人工大錘敲入法、人工洛陽鏟挖孔和機械鉆孔裝置三種方式施工，筆者統計了三種施工方式的平均施工時間、安裝時垂直接地極損傷情況，結果如表1所示。

根據統計數據可以看出，采用接地極鉆孔裝置的施工方式，在施工時間和垂直接地極安裝后的完好程度上，效果明顯優于傳統方式。使用該裝置，有助于提高施工工藝質量和施工效率。

對已安裝完成的垂直接地極進行查找測試，隨機選擇幾個垂直接地極進行查找。使用北斗定位裝置根據坐標數據定位以及根據圖紙相對位置開挖兩種方式查找，挖到垂直接地極時的開挖面積如表2所示。

筆者查找接地極位置時發現，采用北斗定位坐標的方式查找，可準確找到接地極;采用圖紙相對位置查找，需要大面積開挖，方可找到接地極。經檢驗，采用北斗定位技術施工，定位坐標準確，可顯著提高檢修查找效率。

6 結語

新型鉆孔機械工裝在京原、集通等鐵路牽引變電所、分區所內應用，從使用效果來看，該工裝可以在絕大多數的土質中鉆孔，質量穩定可靠，操作簡單安全，鉆孔深度滿足設計要求。相比傳統的接地極施工方法，該方法施工效率明顯提升，在安裝過程中未發生銅棒彎折、損壞等情況，垂直接地極安裝一次合格率達到了100%。北斗高精度定位裝置的運用，形成了每個點位的精確坐標，為后期的運營檢修查找提供了精準定位數據，明顯提高了檢修效率。該工裝可在變電所接地極施工中廣泛推廣應用。

參考文獻

[1] 任永杰.一種垂直接地極專用裝置的研究[J].供用電，2016，33（1）：76-79.

[2] 馮素園.淺談北斗導航衛星定位系統現狀、發展及應用[J].通訊世界，2016（9）：227.