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      高速鐵路綜合接地技術(shù)研究

      2011-12-20 03:49:24伍承新
      城市建設理論研究 2011年23期
      關(guān)鍵詞:信號電纜接觸網(wǎng)端子

      伍承新

      【摘要】隨著經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展,我國高速鐵路進入了快速發(fā)展期。高鐵技術(shù)的發(fā)展必然會涉及到綜合接地技術(shù)。本文則主要對高速鐵路綜合接地技術(shù)進行探討。

      【關(guān)鍵詞】高速鐵路綜合接地技術(shù)

      隨著高速鐵路的發(fā)展,鐵路的牽引負荷隨之增大,而牽引變電所的回流電流也隨之增大。牽引變電所接地系統(tǒng)面臨兩個嚴重的問題:一是回流電流造成地網(wǎng)電位不相等,這種情況一方面會對人身以及設備的安全造成威脅;另一方面將對保護、測量、信號裝置造成影響,并有可能引發(fā)保護裝置的誤動或拒動。二是機車運行時起動、制動等操作造成母線電流波動增大,這種波動產(chǎn)生的電磁信號將對變電所中信號與通信回路造成干擾,也將對保護裝置的測量信號造成干擾并影響調(diào)度中心與變電所之間的通訊,而一般的接地系統(tǒng)不能滿足對電磁信號屏蔽的要求。由于傳統(tǒng)接地系統(tǒng)存在這些問題,隨著牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展,這些問題表現(xiàn)得更加嚴重,因此發(fā)展綜合接地系統(tǒng)成為一種必然的趨勢[1]。

      一、高速鐵路綜合接地概述

      高速鐵路綜合接地系統(tǒng)就是將鐵路沿線的牽引供電回流系統(tǒng)、電力供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信及其他電子信息系統(tǒng)、建筑物、道床、站臺、橋梁、隧道、聲屏障等需要接地的裝置通過貫通地線連成一體的接地系統(tǒng)。同時該貫通地線也是牽引回流的一個主要回路,從原理上來說,其實就是一個共用接地系統(tǒng)并通過等電位連接構(gòu)成鐵路的一個等電位體。綜合接地系統(tǒng)由貫通地線、接地裝置及引接線等構(gòu)成,它以沿線兩側(cè)敷設的貫通地線為主干,充分利用沿線橋梁、隧道、路基地段構(gòu)筑物設施內(nèi)的接地裝置作為接地體,形成低阻等電位綜合接地平臺。

      二、高速鐵路綜合接地總體技術(shù)要求

      在綜合接地系統(tǒng)中,建筑物、構(gòu)筑物及設備在貫通地線接入處的接地電阻不應大于1Ω;

      對于綜合接地接入物必須進行單端接入,不能構(gòu)成電流回路,尤其是對于電纜外殼,構(gòu)筑物鋼筋均應單端接入,不能形成通路,以免燒損設備破壞絕緣及對構(gòu)筑物強度產(chǎn)生影響;電力、接觸網(wǎng)等強電設備、設施接地連接線不得進入通信信號溝槽內(nèi);橋梁、隧道、無砟軌道、接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)物內(nèi)的接地裝置應優(yōu)先利用結(jié)構(gòu)物中的非預應力結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體;當沒有結(jié)構(gòu)鋼筋可以利用時,可增加專用的接地鋼筋;當自然接地體的接地電阻達不到要求時應增加人工接地體;為防止對預應力鋼筋的影響,預應力鋼筋不應接入綜合接地系統(tǒng);接地裝置通過結(jié)構(gòu)物內(nèi)預埋的接地端子與貫通地線可靠連接。接地端子直接澆筑在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),表面與結(jié)構(gòu)面平齊。

      三、高速鐵路綜合接地設置

      (一)橋梁綜合接地設置

      (1)橋梁綜合接地范圍

      橋梁地段貫通地線鋪設在兩側(cè)的通信信號電纜槽內(nèi),接地極充分利用橋墩基礎(chǔ)設置。橋梁結(jié)構(gòu)的梁部、橋墩臺、承臺、基礎(chǔ)以及接地系統(tǒng)的外部接口和各結(jié)構(gòu)之間的連接均進行接地連接,以形成完善的接地系統(tǒng)并具備良好的接地性能[2]。

      (2)橋梁綜合接地設計原則

      首先是鋼筋類型的選擇,接地鋼筋可利用結(jié)構(gòu)本身的普通鋼筋,預應力鋼筋不接入綜合接

      地系統(tǒng),保證橋梁結(jié)構(gòu)在通過高電壓、電流時結(jié)構(gòu)本身的正常使用功能不受影響并安全傳導電壓、電流通過;其次是鋼筋的截面確定,鋼筋截面積至少應為200mm2(如Φ16 mm鋼筋、50×4 mm扁鋼),以保證具有足夠的載流截面,若采用銅纜作為連接線時要求截面不應小于50mm2;再次是鋼筋焊接要求:雙面焊搭接長度不小于55mm;單面搭接焊長度不小100mm;焊縫厚度不小于4mm;鋼筋間十字交叉時采用直徑16mm的“L”形鋼筋進行焊接,焊接長度同前;最后是接地測試,對接地鋼筋每處連接均應進行電阻值測試,確保電氣回路通暢,經(jīng)檢查全部合格后方可澆筑混凝土。

      (3)橋梁綜合接地措施

      1、梁體接地設置

      梁體縱橫向預留接地鋼筋,并在梁的頂面及底面預留接地端子以便與需要接地的構(gòu)件及下部結(jié)構(gòu)接地體連接,原則上接地鋼筋利用梁部相應位置處的結(jié)構(gòu)鋼筋。例如具體接地鋼筋設置型式為梁端橋面板設橫向鋼筋、腹板設豎向鋼筋與縱向鋼筋焊接形成回路;橋上接觸網(wǎng)支柱接地,采用直徑16mm的連接鋼筋與支柱預埋鋼板和梁部縱向接地鋼筋連接;每孔箱梁橋面設置4根Φ16 mm縱向鋼筋:在雙線軌道底座板之間的1/3和2/3處各設置1根鋼筋,兩側(cè)防撞墻下部各設置1根鋼筋,并縱向貫通整片梁。

      2、橋墩及基礎(chǔ)接地設置

      樁基礎(chǔ)橋墩接地設置在每根樁中設置一根通長接地鋼筋,上下兩個接地鋼筋通過閃光對焊和幫條焊聯(lián)接,滿足焊縫要求,并在這根接地鋼筋頂端焊一根短鋼筋做為日后尋找的標記;樁中的接地鋼筋在承臺中采取環(huán)接方式,把每根樁的接地鋼筋通過與承臺底層環(huán)接鋼筋焊接形成一個回路,施工時應對接地鋼筋采用刷上油漆作標識,便于檢查;每個橋墩選取縱向靠大里程外側(cè)兩根間距1.7m的豎向鋼筋作為接地鋼筋,一端與承臺底層環(huán)形接地鋼筋焊接,另一端與墩帽處的接地端子相連。

      明挖基礎(chǔ)橋墩接地設置在基底底面設一層鋼筋網(wǎng)做為水平接地極,水平接地極滿布基底底面,鋼筋網(wǎng)格間距按照1m ×1m設置;中部“十字”交叉的兩根鋼筋上的網(wǎng)格節(jié)點施以“L”形焊接,外圍鋼筋應閉合焊接,其他節(jié)點綁扎;水平接地極鋼筋網(wǎng)格的外緣距承臺混凝土底面不大于70mm2;施工時應對接地鋼筋采用刷上油漆作標識,便于檢查;所有接地鋼筋間的聯(lián)接采用搭接焊或“L”形焊接,均應滿足焊接質(zhì)量和長度要求。

      (二)路基綜合接地設置

      (1)路基地段貫通地線埋設

      一般路基地段沿線路兩側(cè)各設一根貫通地線,位于通信信號電纜槽外側(cè)內(nèi)壁正下方的基床底層中,接地極充分利用接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ);涵洞地段的貫通地線在通信信號電纜槽安裝前,將其敷設在電纜槽靠線路側(cè)面的下部位置;路堤、土質(zhì)及軟質(zhì)巖路塹地段的貫通地線埋深距基床底層頂面-30cm~-40cm處;硬質(zhì)巖路塹地段,將貫通地線埋設于通信、信號電纜槽下約20cm,溝中回填細粒土。

      (2)分支引接線的埋設

      分支引接線埋設工序與貫通地線相同,一端與貫通地線C型壓接,另一端與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)上預制的接地端子栓接;在引接線中部適當位置再與電纜槽側(cè)壁預制接地端子尾端C型壓接;每個接觸網(wǎng)支柱、跨線建筑物及橋梁與路基、隧道與路基過渡段處各埋設一根分支引接線,材質(zhì)同貫通地線一樣。

      (3)過渡段貫通地線連接

      在鄰近過渡段的路基通信信號電纜槽側(cè)壁處預留接地端子,并預埋分支引接線將接地端子與貫通地線連接;橋梁、隧道地段的貫通地線沿通信信號電纜槽敷設至路基段,采用L形連接器將貫通地線與路基段通信信號電纜槽預留的接地端子連接。

      (三)隧道綜合接地設置

      (1)接地與接觸網(wǎng)預埋加強設置

      隧道左右兩側(cè)的通信信號電纜槽中各設置一根貫通地線。貫通地線采用截面為70mm2的耐腐蝕并符合環(huán)保要求的銅線,并采用砂防護措施[3]。利用在兩側(cè)通信信號電纜槽側(cè)墻上部縱向貫通的Φ16結(jié)構(gòu)鋼筋作為縱向接地鋼筋,此根鋼筋每100米斷開一次,鋼筋頭間距不小于10cm。用于隧道內(nèi)接地極、接觸網(wǎng)斷線保護接地及接地鋼筋間的等電位連接。

      (2)隧道二次襯砌中的接地鋼筋設置

      二次襯砌中有結(jié)構(gòu)鋼筋的隧道利用二次襯砌的內(nèi)層縱、環(huán)向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接觸網(wǎng)斷線保護接地鋼筋;接觸網(wǎng)線垂直向上在拱頂?shù)耐队熬€兩側(cè),以0.5m為間隔,各選3根縱向結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地鋼筋。二次襯砌中無結(jié)構(gòu)鋼筋的隧道除接觸網(wǎng)吊柱基礎(chǔ)接地外,不再單獨考慮接地鋼筋設置。環(huán)向接地鋼筋設置位置根據(jù)接觸網(wǎng)專業(yè)提供的里程位置埋設。

      (3)接地鋼筋間的連接及接地端子設置

      隧道內(nèi)的錨桿接地極、底板接地極和二次襯砌內(nèi)的接地鋼筋等接地裝置均應通過連接鋼筋與兩側(cè)電纜槽靠線路側(cè)外緣的縱向接地鋼筋連接。隧道內(nèi)接地裝置均采用橋隧型接地端子;從隧道進口2m處開始,在兩側(cè)通信信號電纜槽底部,每間隔100m設置一個接地端子,小于100m的隧道在中部設一處。接地端子供隧道接地裝置與貫通地線的連接;從隧道進口2m處開始,在兩側(cè)通信信號電纜槽靠線路側(cè)壁上,每間隔50m設置一個接地端子,小于50m的隧道在中部設一處。接地端子供軌旁設備、設施接地;當接觸網(wǎng)槽道基礎(chǔ)采用預埋方式時,需將基礎(chǔ)與二次襯砌內(nèi)的環(huán)向或縱向接地鋼筋焊接;當基礎(chǔ)采用后植入安裝方式時,需在安裝基礎(chǔ)的位置預埋接地端子,并與二次襯砌內(nèi)的環(huán)向或縱向接地鋼筋焊接

      目前客運專線鐵路綜合接地系統(tǒng)在保證列車安全運行方面的作用得到非常重視,其主要作用就是在牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)設備故障時,綜合接地系統(tǒng)應能為其提供可靠迅速的保護通道,使故障電流能快速切斷,形成消除危險電位的持續(xù)的泄流通道,以達到接觸電壓和軌道電位的要求。它的作用體現(xiàn)在如下幾個方面:防雷電襲擊保護;軌道電路傳輸可靠性保證;雜散電流電磁干擾以及在意外情況下對橋上設備、機車車輛和人員的接地保護。因此,在橋梁、路基、隧道、軌道等結(jié)構(gòu)物必須設置綜合接地,它們作為接地系統(tǒng)的傳輸導體和接地極才能有效地保證了上述功能的順利實現(xiàn)。

      參考資料:

      [1]趙自靜.高速鐵路綜合接地施工工藝?[J].?價值工程 ,2011,(03):76-77

      [2]王曉明.高速鐵路綜合接地系統(tǒng)分析與研究?[J].?鐵路技術(shù)創(chuàng)新 ,2011,(01):59-62

      [3]肖蘋;劉立峰.高速鐵路綜合接地技術(shù)[J].鐵道經(jīng)濟研究 ,2010,(03):33-37

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