郑州地铁4号线站台接地装置的性能测试

摘要：地铁是郑州城市轨道交通建设的核心项目之一。由于4号线沿线较长，接地装置多，河南省气象灾害防御技术中心利用先进的接地电阻测试仪对其开展接地导通性能试验，判定分析接地装置。

Abstract： The subway is one of the core projects of Zhengzhou urban rail transit construction. Due to the long line along Line 4 and many grounding devices， Henan Meteorological Disaster Prevention Technology Center used advanced grounding resistance testers to carry out grounding conduction performance tests to determine and analyze grounding devices.

关键词：接地装置;接地性能试验;接地电阻测试仪

Key words： grounding device;grounding performance test;grounding resistance tester

中图分类号：TM862                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）28-0225-02

1  项目概况

郑州作为中华文明及其重要的文化文明源头，“天地之中心”，自古以来就是极具战略意义的交通枢纽、十字要冲。郑州作为国家级中心城市，现辖6个市辖区、5个县级市、1个县，还包括航空港区、郑东新区、经济技术开发区以及高新技术产业开发区。全市总面积7446平方公里，人口1013.6万人，中心城区建成区面积601.77平方公里（含航空港区），市域城市建成区面积1055.27平方公里，城镇化率73.4%。随着郑州跻身国家级中心城市，其城区范围快速扩张，城市轨道交通的建设也日益加速。

根据《郑州市城市轨道交通近期建设规划（2014～2020年）》，到2020年形成5条运营线路、总长166.9公里的轨道交通網络[1]。其中4号线工程，是一条正在建设的地铁线路。它全线始建于于2017年3月10日，计划2020年底全线开通。截至2020年1月，郑州地铁4号线全长30.135千米，共设27座车站，全部为地下站。

2  现状及环境勘查

4号线工程线路呈倒“L”形走向，西北起自惠济区老鸦陈站（规划名称为安顺路站），途经郑东新区、金水区，东南止于管城回族区郎庄站（规划名称为河西北路站），如图1所示。郑州市城市建设功能类型的适宜区与较适宜区占全市面积的45.12%[2]。由于4号线施工沿线长、站台多，且线路穿主城区，施工难度大。为此，土建施工共分为12个标段，其中有2个属于龙湖段市政配套工程土建施工标段。2020年5月至7月对4号线工程进行站台接地装置性能测试。

3  试验依据和仪器

鉴于地铁4号线工程规模庞大、形状狭长、待测点位多，因此对接地电阻测试仪的选择提出更高标准，需输出较大电流，安全稳定，且运算速度快。河南省防雷中心依照国家规范[3]，本次试验采用CHAUVIN ARNOUX GROUP （法国CA集团）生产的C.A 6470N和C.A 6471两款多功能接地电阻和土壤电阻率测试仪。

测试方法如图2所示，采用2地桩法三极法，通过测试仪对地网及辅助地桩组成的系统注入不同于电网频率的电流信号，测量流经被测地网的电压、电流信号，从而计算出电阻。辅助电位极S位于EH直线上的62%处。

4  试验过程

根据现场勘查，4号线共有27个站，站台形式为岛式站台，地网尺寸平均长度为196.88m，平均宽度为18.48m，对角尺寸达约198m。由于地铁施工区域位于市区内，周别建筑密集，受场地制约，试验布线最远距离为300m，难以按照《建筑物防雷装置检测技术规范》（GB/T 21431-2015）的建议距离进行铺设。

接地电阻的大部分一般集中在接地电极附近，且电阻的增大趋势是开始为急剧变化，到了2倍电极半径的距离（r1=2r）就已包含全电阻的一半[4]。因此，若完全按照地网对角尺寸的3至5倍布置则无太大意义，故试验布线距离以适宜现场环境为佳。一般采用三极法布线，电位极P的距离为接地电极E至电流极H间距的0.618倍;需采用夹角法时，测试引线夹角为24°（电位补偿理论值为0.618倍或29°），以使所得的试验值略大于理论值[5]。

4.1 测试开展

实验从5月初开始至7月中下旬结束，测试当天天气均为晴好。随日期不同，日气温在21.5～38℃浮动。根据接地网平面图，可将其近似为矩形，如图3所示，得出其对角线长度。其中副CBD内环路站因工程进度原因，暂未测量，故没有该站数据。测得数据如表1。

利用Excle软件散点图功能和CORREL函数，求得斜率为负值-247.12，相关系数R为-0.24692，如图4所示。

4.2 结论分析

为便于讨论，我们假定郑州市区土壤电阻率变化忽略不计。由上述结论可知，地网尺寸与接地电阻值呈现负相关，即随着地网尺寸的增大，接地电阻值会减小，反之亦然。分析原因，是因为地网尺寸的增大，导致地网与土壤接触面积增大。这与板状电极的接地电阻公式：

（1）

（2）

是对应的。

5  小结

通过本次针对地铁4号线接地装置的测试分析，可得到以下经验和操作要点：

①受地铁本身及附近建筑物杂散电流和其他因素影响，接地电阻值往往需要进行多次测量，地铁施工现场附近的架空电线、地下水管、电缆外皮等都可能导致接地网畸变。②采用接地电阻测试仪的最大测试电压为32V，这要求接地电阻值不能超过一定限度。而提高测试电流最有效的方法，是降低电流极的接地电阻。可通过将电流极更深地打入土壤，或在电流极周围泼水以实现。③在测试过程中，若遇到干扰，可将测试仪器设置为手动测试，以减小杂散电流、电磁干扰等造成的影响。

参考文献：

[1]国家发展和改革委员会.郑州市城市轨道交通近期建设规划（2014～2020年）.

[2]朱晓强.郑州市地质环境适宜性评价及功能区划[J].安全与环境工程，2013，34（2）：14-18.

[3]国家质量技术监督局.GB/T 17949.1-2000，接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第1部分：常规测量[S].北京：中国标准出版社，2000.

[4]（日）川濑太郎主编，（日）高桥健彦著.图解接地技术[M].马杰，译.北京：科学出版社，2003.

[5]陈先禄，刘渝根，黄勇.接地[M].重庆：重庆大学出版社，2002：140-142.

作者简介：蒋超（1989-），男，河南郑州人，助理工程师，学士，本科，研究方向为气象灾害防御。