富春江电厂微波站接地网改造分析

孙海龙，孙杰，张鑫，寿鉴标

（富春江水力发电厂，浙江省桐庐县 311504）

富春江电厂微波站接地网改造分析

孙海龙，孙杰，张鑫，寿鉴标

（富春江水力发电厂，浙江省桐庐县 311504）

富春江电厂微波站建立在电厂左侧山顶上，每年遭受多次强雷击。本文分析了微波站地网接地电阻升高的原因，提出采用联合接地网改造方案，对降低土壤电阻率的方法以及接地环网、接地深井的敷设进行分析研究。同时，对接地体的埋设、焊接等施工工艺提出了新的要求。微波站地网通过改造后降低了地网接地电阻，改善了地网抗雷电冲击能力，在降阻及均压方面取得了显著的效果。

微波站；接地网；接地电阻

1 概述

微波站引入雷害的途径多并且遭受雷害机率高。微波站的防雷与接地应进行全方位的综合治理，采取泄放、消峰、均压等电位的联合接地设计原理，全面系统地做好微波站的防雷与接地设计。

富春江电厂微波站为高山站，该站的微波铁塔建在机房后面，高耸突出容易遭受雷击，站内设备所处的三维空间电磁场强度异常强大。因此，必须考虑进出站的外部防雷装置的完善性，包括接闪器（微波铁塔）、引下线（微波铁塔构件）以及接地装置的完善程度。只有外部防雷装置措施完善了，加上内部防雷装置，才能保证微波站设备的安全运行。

2 微波站接地网现状分析

2.1 现场状况

富春江电厂微波站位于富春江边上的一座高山上，所处地势较高，加上信号发射铁塔，属当地高建筑物。站内电源线路、信号线路已经做了防浪涌改造。站内设有等电位接地汇流铜排，采用金属走线架布线，有完善的二次接地网络，所有设备的金属外壳均已经做接地处理。铁塔刚改建不久，防腐措施到位，铁塔没有锈蚀现象。

微波站机房基础地、铁塔基础地均连在一起，微波站接地网在五年前进行过一次小改造，当时采用的是铜镀钢接地材料，采用热熔焊焊接方式连接。接地网在当时改造后，其接地电阻达到4.0Ω以下，符合改造设计方案的技术要求。微波站接地网在改造后的三年里，电厂高试班每年都对微波站接地电阻都进行检测，均符合技术要求。第四年，电厂高试班再次对微波站接地电阻进行例行检测时，微波站的接地网接地电阻达到7.09Ω，接地电阻偏高。

2.2 接地网接地电阻每年逐升的原因

根据现场的实地勘察，微波站位于高山顶上，坡度陡峭。现场土壤为不均匀土壤，其地质土层上层为红色风化夹石土，表土1m以内基本属于风化石土，属于高电阻率类土壤。

从资料室保存的原增建接地网图纸分析认为：原设计的接地网按照水平接地模式，在微波铁塔四周设置有由热镀锌扁钢组成的水平接地网，整个接地网形成环形闭合接地网，并且在整个接地网外环设置有垂直接地极。随着时间的推移，接地网不断受到雷电冲击和雨水侵稀作用，特别是在雷电大雨之后，土壤中的导电离子会逐渐向周围的土壤渗透扩散，造成接地体周围土壤慢慢流失（特别是风化石土质，因其间隙较大而更为明显），接地网的阻值随之呈逐年升高趋势，是逐年接地电阻值升高的主要原因。

2.3 微波站接地网改造意义

为了保证微波站接地网接地电阻达到国家防雷规范、电力技术规范要求，接地系统的接地电阻应保持在一个相对恒定的阻值。对接地网的改造必须根据微波站所处地理位置的具体情况，在设计地网改造方案时充分考虑到客观因素对地网造成的影响，尽量减少环境对地网的长远影响。科学合理的设计方案、品质优良的工程材料、规范的施工工艺是一个优良工程不可缺少的条件之一。

3 降低接地电阻的方式

由于微波站所处环境的地质条件复杂，微波站所在的山顶上为风化石、夹石土，均为土壤电阻率极高的风化石层，因此，富春江电厂微波站宜采用垂直接地极与水平接地极组成的联合接地模式。采用水平接地极，从扩大接地网面积来达到降低接地电阻的目的。根据电力接地网接地电阻的组成，我们得知一个地网的阻值由地网所占的面积和所在地的土壤电阻率两个条件决定。在地网面积固定（自然条件所限）的情况下，要得到一个接地电阻较低的地网阻值，只有在土壤电阻率上下功夫，而土壤电阻率由其所在地的地质条件所决定，在地网面积不变的前提下，降低地网接地电阻唯一条件就是改变其土壤电阻率。

常规接地工程中，降低接地装置的工频接地电阻有：利用自然接地体降低阻值；外引接地装置；采用深井接地方式；扩大接地网面积及设置水下接地网；填充电阻率较低的物质或降阻剂，人工改善土壤电阻率。

在实际工作中，要根据具体情况分别对待。实践证明，在高土壤电阻率地区进行接地网改造，采用填充电阻率较低的物质或降阻剂，人工改善土壤电阻率是常规手段之一。当地下较深处有低土壤电阻率的地质结构时，采用深井接地方式的接地装置防雷效果更好。

4 接地网材料的选用

接地材料的选用也是决定地网接地电阻大小的关键。铜的导电性是镀锌钢材的8倍，抗腐蚀性是镀锌钢材的10倍。铜镀钢接地材料是一种新型接地材料，它不但具有铜的导电性能，同时具备钢的强度。铜镀钢的铜层厚度大于0.25mm，在大电流和高频电流情况下，由于集肤效应，导电性能和铜导电率相当。根据美国接地材料研究（1910～1955），铜的平均腐蚀速率是0.003mm/年，铜的腐蚀可以忽略不计。

铜镀钢接地材料在施工中采用热熔焊焊接方式。数以千万计采用热熔焊焊接工艺焊接的接地网工程,在使用了50多年后，其焊接连接处性能依然良好。

热熔焊焊接连接法具有以下优点：外形美观一致，具有较大散热面积，导电性能与导体相同，连接点是分子结合，没有接触面，更没有机械压力，不会随时间的变化而使连接处松弛或腐蚀。

5 微波站接地网改造方案

5.1 接地网改造设计原则

微波站接地网采用联合接地方式，将微波站铁塔基础地网、微波机房基础地网及新扩建地网相互连通，共同组成联合地网。同时利用机房建筑物的基础（含地桩）及铁塔基础内的主钢筋作为接地体的一部分。

新改造接地网分前后两部分，微波通信楼前接地网主要用于通信楼接地系统，楼后微波铁塔四周接地网主要用于微波铁塔接地泄流，两者外环连接，形成一个大的接地网。新建接地网与原接地网连接处不少于4处（尽可能多连接），原接地网微波铁塔与微波通信楼接地系统所连接的4个点全部断开，防止微波铁塔遭雷击时产生地反击侵入微波通信楼机房。

5.2 接地网布局设计

为了降低微波站接地网接地阻值，提高微波站接地网的运行时效，新方案采用新型铜镀钢接地材料，采用高效膨润土降阻剂辅助回填，同时在接地网外环按照一定的间距设置深井接地极。深井接地极的主要作用是加强对雷击铁塔时所产生的雷电流对地泄流。同时，由于深井接地极的深层地下土质结构相对上层土壤紧密，加入高效膨润土降阻剂其接地效果更明显，也不易流失，对保持接地网阻值的稳定有直接作用。

图1 接地网结构示意图

接地网结构图如图1，新设计接地网为闭合环形接地网，垂直接地极设置在接地网外环，相隔12～18m设置一个深井接地极。深井接地极采用机井方式施工，井深设计12m（最好能打到深层低土壤电阻率土层），井直径100mm。接地网网格宽度为6m×6m或8m×8m。水平接地体采用120mm2铜镀钢绞线，垂直接地极采用Φ14.2mm铜镀钢接地圆钢。

为了减少高效膨润土降阻剂的流失，施工时对水平接地网的埋设尽可能深，最好能达到1m以上。同时降阻剂的使用量要完全把接地极包裹严实为准，建议施工量要达到30cm（直径）以上，即每米使用0.1m3。水平接地网沟结构如图2。

在施工中，新建接地网与旧接地网相交叉处焊接牢固。微波铁塔的四个基础脚采用4×40mm热镀锌扁钢焊接牢固，再采用热熔焊方式把4×40mm热镀锌扁钢就近焊至新建接地网上。施工时挖开微波机房后的四根原接地引入扁钢，采用器具切割断开，断口距离不小于0.5m。

在开挖好的接地沟内，应先回填一部分高效膨润土降阻剂，再安装水平接地体，接地网内的网格交叉处的水平接地体采用“十”字型模具焊接牢固，再回填高效膨润土降阻剂，压实后再回填挖出来的风化碎石土，再夯实。

6 微波站地网施工注意事项

山体接地网工程施工中必须做好安全防护工作，防止意外伤害，防止设备事故。焊接动火时必须做好消防隔离，严防山体着火。施工时遇暴雨、大风或强雷击天气应停止施工，人员撤离至室内。

接地网焊接完毕后，应清除掉焊接点处的焊药渣，再进行土方回填。土方回填时应先填入降阻剂，细土。待把接地装置填埋不见后，再回填土质较差的土方，并砮实，恢复水泥地面、绿化植被等。

7 结论

富春江电厂微波站接地网改造工期历时2个月，施工完成后接地电阻测量为3.6Ω，符合国标不大于5Ω要求。经历了多次雷雨天气考验后，没有出现设备事故。

由于微波站地理位置的局限性，改善接地网最有效的办法仍然是降低土壤电阻率和接地环网、接地深井的敷设。接地体的埋设、焊接等施工工艺是影响接地网寿命的主要原因。同时还应做好山体周围的水土流失防范工作，加强种植草皮树木，改善自然生态环境，延长接地网使用年限。

图2 接地网沟结构示意图

[1] 邮电部基建司．GB 50689—2011通信局（站）防雷与接地工程设计规范．北京：中国计划出版社，2012．

[2] 中国电力企业联合会．GB 50150—2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M] ．北京：中国计划出版社，2006．

[3] 虞吴．现代防雷技术基础．北京：清华大学出版社，2005.

[4] （德）哈塞．低压系统防雷保护．北京：中国电力出版社，2004.

孙海龙（1975—），男，本科，工程师，从事高电压试验、变配电检修工作，近期重点研究高电压试验技术在发供电系统中的应用。E-mail：hailong-sun@sgxy.sgcc.com.cn

孙 杰（1970—），男，本科，工程师，从事机电设备检修与管理工作，近期重点研究水电厂运维设备管理。

张 鑫（1977—），女，硕士，高级工程师，从事电气设备自动化及继电保护工作，近期重点研究电力系统自动化及继电保护研究、应用。

寿鉴标（1967—），男，本科，工程师，从事水电厂一次设备检修、设备改造及管理工作，近期重点研究电气一次设备改造管理。

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