易燃易爆品库专用线装卸区降低电阻值方案比选

黄佳强

(北京电铁通信信号勘测设计院有限公司,北京 100036)

1 概述

易燃易爆品库专用线一般由4部分组成,分别是：装卸作业区、储油区、输油管道和专用线铁路。通过接地电阻很小的接地装置将干扰电流排入大地,使排流点的地电位降低,是易燃易爆品库专用线安全防护的主要措施之一。接地极与输油管道、铁路专用线相连,以远离铁路的方向埋入地下(图1)。

图1 易燃易爆品专用线设施分布示意

在易燃易爆品库专用线日常安全维护中,接地极接地电阻值超标的情况经常发生。某市防雷办到该市一大型易燃易爆品库专用线检测接地电阻情况,发现某处接地极接地电阻为106.3 Ω,远大于《石油库设计规范》(GB50074—2002)以及《交流电气化铁道对油(气)管道(含油库)的影响容许值及防护措施》(TB/T2832—1997)中接地电阻不应大于10 Ω的标准。

接地电阻主要由接地极及其连接材料的自身电阻、接地极与周围土壤的接触电阻以及入地电流在土壤中的扩散电阻构成,其中接地极与土壤的接触电阻和入地电流在土壤中的扩散电流是接地电阻的主要部分,占接地电阻的98%以上。油库设备设施接地装置包括接地线和接地极(体)两部分。接地线和接地极(体)都埋入大地之中。在接地线上设置了一测试点，以便于测试接地极(体)的电阻值。

经现场测量,该接地测试点测出的电阻值为104.1 Ω,排除了防雷办测试有误的可能性。经油库管理人员介绍,该接地极埋深在1 m左右,并未添加降阻剂,在2008年防雷办的相关检查中,测得的接地电阻为4.3 Ω。施工人员现场检查发现,该接地体材质为扁钢,表面无腐蚀,埋设接地极的土壤中掺有焦炭粉和碎木炭。经过仔细的检查,最终发现从主储油罐引出的深埋在地下与接地装置相连的输油管线上出现了腐蚀。在更换了输油管线后,测得接地电阻为12.1 Ω,基本恢复到正常范围内,但高于《石油库设计规范》(GB50074—2002)以及《交流电气化铁道对油(气)管道(含油库)的影响容许值及防护措施》(TB/T2832—1997)中接地电阻不应大于10 Ω的标准。

2 降低接地电阻值试验及分级比较

为了达到相关标准要求,施工人员须对该处接地装置采取降低接地电阻作业。降低接地电阻一般可以采用:换土法；层叠法；长效降阻剂法；采用最新的低电阻降阻模块等。为了对以上4种方法的效果进行检验,在现场施工中,施工人员进行了试验,使用不同的解决方法,得到了不同的效果。

(1)换土法：施工人员在接地极周围1 m内,挖了一个深1 m的坑,换上比原来电阻系数小得多的土壤,主要是焦炭粉和碎木炭[5]。换土结束后实地测量，接地电阻从12.1 Ω降低到7.6 Ω,达到了国家的相关标准,但是还没有达到防雷办关于接地电阻值不能高于5 Ω的标准。

(2)层叠法：施工人员在接地极周围挖了一个直径1 m,深75 cm左右的坑,交替铺上土壤或食盐及焦炭颗粒6～8层,其中每层食盐厚度2～3 cm,每层土壤厚度为10 cm[3]。施工完毕后现场测量的接地电阻从12.1 Ω降低到6.9 Ω,还是没有达到防雷办关于接地电阻值不能高于5 Ω的标准。

(3)长效降阻剂法(LRCP)：施工人员在接地极周围1 m内挖了一个深1 m的坑,按水∶降阻剂=0.5∶1.0的质量比加水并充分搅拌直至成黏糊状。将调制好的糊状降阻剂倒入坑内直至全部无遗漏地包覆住接地极,包覆厚度约为10 cm。待降阻剂初凝后,轻轻回填无硬物和树枝的细土,然后再加其他土壤并夯实,使它不至于随地下水和雨水而流失,因而能长期保持良好的导电作用[4]。施工完毕后，现场测得接地电阻从12.1 Ω降低到4.3 Ω,达到了防雷办关于接地电阻值不能高于5 Ω的标准。

(4)采用最新的低电阻降阻模块：传统的接地极多为金属导体,如扁钢、圆钢、角钢、钢管、铜棒、铜板等。用传统接地材料做地网受季节影响较大,其接地电阻不够稳定,地网使用寿命相对较短,并且在土壤电阻率特别高的条件下难以解决接地问题。低电阻降阻模块以导电性、稳定性非常好的金属材料为主体,以表面经抗腐蚀处理的金属材料作骨架,通过专用设备挤压成型。主要优点是接地电阻低,并且十分稳定。接地模块的非金属材料使电阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化比较平缓的低电阻区域,当大电流冲击时,可降低接地极、接地线暂态电位梯度,降低跨步电压和接触电压,减少发生地电位反击的概率。在施工中,首先要计算低电阻降阻模块的用量。

模块用量计算公式

式中n——接地模块数量；

ρ——土壤电阻率；

M——模块接地系数,取值范围是0.11～0.15,土壤电阻率ρ越大,M取值越小；

Rn——地网设计接地电阻值；

K——利用系数,取值范围是0.7～0.85,模块数量越多,K取值越小。

各系数之间的取值关系见表1。

表1 各系数之间的取值关系

现场实测该接地极处土壤电阻率为54 Ω·m,防雷办要求的接地电阻值为5 Ω,根据公式算出需要的低电阻降阻模块为2块。

施工完毕后,测得该处接地电阻为3.6 Ω,符合防雷办的相关规定。

4种施工方案测得的接地电阻值和实际工程成本见表2。

表2 各方案的效果及使用成本

通过表2可以看到,采用低电阻降阻模块效果最好,但是成本偏高。长效降阻剂的效果很好,使用成本也不高。层叠法效果一般,成本较低。换土法效果不错,成本最低。

试验结束后,施工人员对试验数据进行了比选。根据国家、地方的相关标准及规定,在考虑到施工成本的情况下,施工人员最终采用了换土法和长效降阻剂法相结合的办法,在长效降阻剂的回填坑中回填了焦炭粉和碎木炭。施工完毕后测得接地电阻值为3.8 Ω,基本达到了低电阻降阻模块的水平,在满足国家、地方相关标准的同时也降低了成本。

3 结语

随着铁路电气化的飞速发展,易燃易爆品库专用线的防护问题也越来越普遍。在降低接地电阻值的施工中,应优先采用换土法。如果测得的接地电阻值偏高,换土法不能将接地电阻值降低到标准范围,此时的最佳方法是将换土法与长效降阻剂法结合使用,就能得到非常好的效果。在某些大型设施施工中,低电阻降阻模块因其效果好、时效长的特点而被广泛使用,但因其成本偏高,所以在易燃易爆品库专用线的防护施工中极少使用。

[1]铁道部TB/T2832—1997,交流电气化铁道对油(气)管道(含油库)的影响容许值及防护措施[S].

[2]GB50074—2002，石油库设计规范[S].

[3]张万斌.油库设备设施接地电阻值超标原因及对策[J].仓储管理与技术,2001(4)：26-26.

[4]廖华年.浅析降低接地电阻的综合措施[J].电工技术,2004,4:81-83.

[5]郭星如.接地的标准和实施[OL].中国工程网[2007-08-22]. http://www.gongkong.com/webpage/paper/200708/D-B6F1-0794BB06E868.htm