關于響洪甸水庫燕子河雨量遙測站接地電阻偏大的分析及處理方法

周權

摘要：接地網建設是水情自動測報系統遙測站建設工作的重要基礎。響洪甸水庫水情自動測報系統接地網在建造、鋪設過程中，針對不同遙測站所在位置、土壤環境，因地制宜，分別設計了不同的接地網施工方案，采取了土壤化學處理法、深埋接地極法、外引式接地裝置、利用接地電阻防腐降阻劑、專用接地降阻模塊以及伸長水平接地體等多種方法，使所有遙測站的防雷接地電阻降到了10Ω以下，取得了良好的接地網接地效果。本文以響洪甸水庫水情自動測報系統的燕子河雨量遙測站接地網改造處理成功為案例，分析該站接地網的設計、施工過程和材料性能，旨在為水情自動測報遙測站建造或其他有戶外防雷、接地網改造需求者提供參考。

關鍵詞：遙測站；防雷；接地網；接地電阻；降阻劑

隨著水情自動測報系統建設的普及，對戶外水情遙測站防雷接地技術或戶外建筑物防雷需求日益增加。遙測站接地網接地電阻偏高或接地網損壞故障造成野外遙測站雷擊事故時有發生，給水情自動測報系統的安全穩定運行帶來了較大的隱患。遙測站的接地網設計建造，對遙測站設備的避雷防雷成功與否，保障設備安全穩定運行，至關重要。

響洪甸水庫水情自動測報系統于1997年底建成，1998年元月正式投入運行。在水庫的上游，共建有8個野外雨量站遙測站，建設的位置有山坡、街道、路邊、住宅區、農田，由于保障無線通信信道暢通特殊需求，有的測站位置較高，處于雷擊破壞多發區域。為確保遙測站設備的運行安全可靠，在建設初期，響洪甸水情自動測報系統的接地網建設，嚴格按相關規范要求，采取多種降低接地電阻措施，進行防雷接地地網的設計、建設施工，促使各遙測站接地網的接地電阻值均降到相關防雷規范要求的10Ω以內。經過二十多年的運行，沒有一例遙測站房頂天線、雨量桶、太陽能電池板以及房內的終端機等設備因遭受雷擊而被損壞。

一、接地網改造背景概述

響洪甸水庫水情自動測報系統的燕子河雨量遙測站位置設在海拔400m的山上。地質結構表層為5cm厚的風化沙土，下面是沙巖石，電阻率為4000Ω·m。站房最初的接地網建造在站房周圍，采用輻射狀水平接地體末端包圍閉合，面積為900m2左右，沿山體坡度開挖深0.8m、寬0.3m的溝槽，并施用防腐降阻劑包裹接地體，用黃粘土回填鋪設。

施工完成后，測得接地網接地電阻為75Ω左右，不能滿足防雷避雷規范要求，需要進一步改造接地網。

二、接地網改造設計分析

水平接地網接地電阻的計算

（1）

式中，R—水平接地體接地電阻，Ω；ρ—埋設接地體的土壤電阻率，Ω·m；l—水平接地體總長度，m；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；A—水平接地極的形狀系數。

水平接地極為主邊緣閉合的復合接地極（接地網）接地電阻簡化計算

（2）

式中，ρ—埋設接地體的土壤電阻率，Ω·m；S—接地網的總面積，m2。

從上述兩個接地電阻計算公式（1）（2）關系可以看出，接地電阻除與接地極的長度、接地網的總面積、埋設深度有關外，還與接地體處的地質構造（即地質的電阻率）有關；接地網的形狀影響不是很明顯可忽略考慮（可取近似值1）。其中，土壤電阻率、接地極長度、接地網總面積對接地電阻值影響較明顯。那么，在設計接地網時，要盡量選擇土壤電阻率低的位置鋪設，或同時配合使用特效防腐降阻劑，降低土壤電阻率，進行物理降阻，增加接地體長度（或擴大接地網包圍面積），以此減少接地網接地電阻。

三、新接地網鋪設

（一）新地網建設方案

燕子河雨量站接地電阻超標，主要原因是站房周圍沙巖石電阻率較大。采用常規降阻方法不僅施工難度大、成本高，也較難實現接地電阻達標。現場觀察雨量站周圍發現，在距離站房120m的下方有面積約為300m2的開闊地洼地。洼地以沖積沙土為主，測得電阻率平均300Ω·m。因此，可采用外引接地網加施用特效防腐降阻劑的方式進行降阻，如圖1所示。

圖1 新舊地網埋設位置

（二）具體做法

第一，在距離站房120m下方的開闊地帶洼地處，新建一個矩形封閉式接地網；根據地形，長、寬分別為55m、37m，用扁鐵鋪設。

第二，開挖埋設接地體的溝槽，橫截面尺寸如圖2所示。

第三，施用特效防腐降阻劑。

第四，將新老兩個接地網用雙根扁鐵連接，連接的引接線也埋設在溝槽內，并施用防腐降阻劑。

第五，在矩形接地網的四角，分別打入長2.0m的角鋼地樁，并與地網扁鐵焊接。

圖2 ?新舊地網尺寸示意圖

（三）用材

1.用材選擇

接地極盡量選用耐腐蝕的熱鍍鋅鋼材，可以延長接地極的使用壽命；配合施用降阻劑。降阻劑由多種成分組成，含有電解質、固化劑、潤滑劑及填充材料等，也是一種良好的導電體，用于接地體和土壤之間，一方面，能與金屬接地體緊密接觸，形成足夠的電流流通面；另一方面，能向土壤滲透，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區域。這些強電解質和水分被網狀膠體包圍，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體填充，避免隨地下水和雨水流失，因而能長期保持良好的導電作用。在接地極周圍敷設降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸、降低與周圍大地介質之間接觸電阻的作用，因而能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑在用于小面積的集中接地、小型接地網時，降阻效果較顯著。

2.具體采用型號規格

第一，接地體采用熱鍍鋅扁鋼，規格尺寸不小于40mm×4mm。

第二，垂直接地樁采用鍍鋅角鋼，規格尺寸不小于50mm×50mm×5mm。

第三，降阻劑采用的是“威速”GR－25P強效物理降阻劑，用量如表1所示。

3.GR系列接地降阻劑性能

GR系列接地降阻劑，采用VSSIO新一代Dercipe配方，由超高鉬石墨、膨潤劑、吸附劑、電解質和防腐材料調配而成，所有成分均無毒無污染，屬于環保型的優質接地材料。其中，吸附劑能吸附周圍的水分以及有毒的離子質，凈化周圍土壤環境。

該防腐劑有較突出的優點：

（1）綜合性能佳

吸水保濕性突出，內含吸附劑，吸水率近20倍，成品吸水率達50%，可以大幅提升降阻效果。添加膨潤劑和凝膠，在水化情況下，凝成一個整體，減少因雨水因素造成的流失，增加降阻效果持續時間。實驗結果表明，對于土壤電阻率＞3000Ω·m的環境，GR降阻效果可達60%以上，遠高于同行業產品。

（2）輔助性能突出

細度達300目以上，滲透能力強，能瞬間填充土壤的所有細微空隙，減少接觸電阻。同時產品對其他材料的腐蝕＜0.015mm/年，是其他接地材料的最佳輔助，適合高山、干旱等土壤電阻率大的環境。

（3）綠色環保

無毒無污染，對人體和環境不構成任何危害。

四、施工

（一）施工要求

第一，埋設接地體的溝槽要開挖到位，溝槽底部要鋪10cm厚的黃土或黃粘土，再鋪撒防腐降阻劑，最后鋪設鍍鋅扁鋼并焊接。

第二，所有接地極扁鋼、角鋼的焊接疊加接觸長度不小于15cm，滿焊縫。焊縫要做防腐保護處理，刷涂防銹漆。

第三，無法埋設暴露在空氣中的引接鍍鋅扁鋼，都要刷涂防銹漆。

第四，鍍鋅角鋼接地樁往下打時，如果下方有進一步深打的可能，應使用加長角鋼往下打，越深越好。

（二）接地體埋設溝槽回填步驟

第一，鋪撒降阻劑并覆蓋住鍍鋅角鋼，尤其是在各個焊接位置，應多施用降阻劑完全覆蓋住焊接部位。

第二，鋪撒20cm以上厚度細土或黃粘土覆蓋住降阻劑，并澆水潤濕踩實。

第三，用本地沙土填滿溝槽剩余空間，并壓實。

五、接地電阻的測量

影響測量接地電阻大小的因素很多，例如，測量儀表連接接地極的位置、電流線電壓線布設的位置、插入測量極的周圍地理環境（如深度、平地、溝渠、坡地、土壤濕度、土壤緊實度等）、測量人員的經驗、測量儀表的精度、儀表與接地極連接的接觸電阻等。

為了驗證接地網設計，正確判斷接地網建設是否滿足防雷避雷要求，選擇符合實際的測量方法尤為重要。測量儀器選定后，先在已知防雷避雷合格的接地網上測試，再投入測量使用。

新建成的燕子河雨量遙測站接地網，初次測量后，分別在半年、一年后進行測量，觀察測量值有逐漸變小趨勢。以一年后的測量值為新地網接地電阻值。

一般情況下，已建成投入使用的水情自動測報系統遙測站接地網，接地電阻測量應選擇在雷雨季節前土壤電阻率較大的季節進行，即夏季土壤最干燥時期或冬季土壤冰凍最甚時期，以確保所測接地電阻的準確性。每2～3年測量一次接地電阻。根據檢查情況，如果發現有不合乎要求的地方，應及時作補救處理。

響洪甸水庫水情自動測報系統的接地網接地電阻測量，常用的測量儀器是ES3001防雷接地電阻測試儀，測量精度較高，操作簡單、便捷。

六、結語

燕子河雨量遙測站的接地網經過改造后，接地網接地電阻明顯下降，阻值降到了5Ω以下。經過前十年逐年測量統計，接地電阻值有逐年下降趨勢，如圖3所示。

圖3 ?燕子河雨量遙測站接地網改造前后

接地電阻變化趨勢

響洪甸水情自動測報系統遙測站建設的接地網，經過20多年的使用表明，設計、建設的防雷避雷措施可以有效保護各遙測站設備，提高設備運行的可靠性，降低水情系統運行成本，可為大型水庫的水情自動測報野外遙測站防雷避雷建設提供有價值的參考。

參考文獻：

[1]GB 50057-94 建筑物防雷設計規范[S].建設部，1994.

[2]YD5068-98 移動通信基站防雷與接地設計規范[S].信息產業部，1998.

[3]SL21-90 降雨量觀測規范[S].水利部，1990.

[4]SL61-94 水文自動測報系統規范[S].水利部，1994.