地铁车站综合接地设计方案研究

地铁车站综合接地设计方案研究

基于新版地铁设计规范要求利用自然接地体作为车站综合接地装置的一部分，文章分析比较了新旧地铁综合接地设计方案的特点，提出了符合新版规范要求的新的地铁综合接地设计方案，为地铁车站综合接地设计提供参考。

标签：地铁车站；综合接地；自然接地体；人工接地网

1 概述

文章的研究是建立在对深圳地铁的设计和建设实践经验的基础上，并参考了国内外地铁设计的新进理念，对地铁地下车站综合接地的设计方案进行探讨和总结。2013版新的国家标准《地铁设计规范》对地下车站综合接地的设计要求与旧版规范相比有所变化，文章根据新规范的要求对地铁综合接地网的设计进行研究和探讨，提出了符合新规范要求的地铁地下车站综合接地设计方案，为今后地铁车站综合接地的设计提供参考。

2 旧的地铁综合接地网设计方案

根据2003版的《地铁设计规范》[1]14.7.5条关于接地的规定“为节省投资及减小接地电阻值，有条件时，可利用自然接地体作为接地装置”，未对利用自然接地体作为接地装置做强制性要求。因此，出于对杂散电流腐蚀防护的角度考虑，国内地铁车站通常的综合接地做法是在车站结构底板下方设置人工接地网，且人工接地网与车站的主体结构钢筋保持电气绝缘，车站各系统综合接地的电阻大小仅仅取决于人工接地网的接地电阻值。在2013版《地铁设计规范》[2]颁布以前，国内地铁地下车站的综合接地大多采用类似的做法[3]，该方案的综合接地系统概念图如图1所示。

旧的地铁车站综合接地设计方案中，车站仅在站台板下设置一套人工接地网。车站两端分别设置三组接地引出线，与引出线相连分别设置三个接地母排PCE、WCE和PSCE，分别用于强电设备、弱电设备和车站设备的接地连接，其中，PCE与WCE的引出线之间的距离应大于20米。接地线从接地母排引出，连接至各接地端子箱，接地端子箱之间采用手拉手的方式串联成环，最后再接回至接地母排。车站内需要接地的设备分别就近接至接地端子箱，强电设备接至强电接地端子箱，弱电设备接至弱电接地端子箱，需要等电位连接的设备如FAS管、水管等直接连接至车站设备接地母排。

地下车站综合接地网仅利用人工接地网做接地装置时，具有如下特点：

（1）人工接地网的形状较规则，材质较为确定，土壤电阻率就某个车站而言较为均匀，便于接地电阻值的计算与测量。地铁车站人工接地网接地电阻的计算可按照《交流电气装置的接地设计规范》[4]附录A中所提供的方法进行计算。

（2）对于杂散电流的防护影响较小，一方面，地铁低压配电系统采用TN-S系统，正常工作情况下PE线不带电，且人工接地网和车站结构主筋之间采取了绝缘措施，对于车站结构主筋能起到较好的杂散电流腐蚀防护作用。

（3）当车站所在位置土壤电阻率较高时，综合接地电阻值难以满足要求，还需采用其他降阻措施，未能充分利用地下车站结构钢筋埋于土壤中的优势来降低接地电阻。

（4）所有设备的接地和等电位连接，均通过接地引上线和接地母排实现接地，接地连接的电缆数量较多。

3 新的地铁综合接地设计方案

根据新版的2013版《地铁设计规范》第15.7.12条规定：“变电所应利用车站结构钢筋或变电所结构基础钢筋等自然接地极作为接地装置，并宜敷设以水平接地极为主的人工接地网。自然接地装置和人工接地网间应采用不少于两根导体在不同地点相连接。自然接地极与人工地网的接地电阻值应能分别测量。”可见新版的规范对于利用车站主体结构钢筋等自然接地体作为接地装置做了强制性规定，在地铁车站中必须利用结构钢筋等自然接地极作为接地装置。当在确定仅仅采用自然接地极作为接地装置满足要求的前提下，还可不做人工接地网。

在新版地铁设计规范颁布以后，在地下车站的综合接地设计中，作者在借鉴和吸收了国内新进地铁设计经验基础上，提出了满足新版设计规范的地铁地下车站综合接地方案，如图2所示为新的地铁地下车站综合接地设计方案概念图。

新的地铁车站综合接地设计方案中，车站综合接地网由人工接地网和自然接地体两部分组成，施工过程中，两部分单独施工，分别测量接地电阻，施工完成后再连接成一个整体。人工接地网在车站两端仅分别设置组接地引出线，一组接地引出线接至强电设备接地母排PCE，一组用于和车站主体结构钢筋网组成的自然接地体相连。在车站主体结构施工过程中，多处预埋连接至自然接地体的接地钢板。弱电设备接地母排WCE和车站设备接地母排PSCE仅需就近连接至车站预埋接地钢板即可。车站设备与接地端子箱的连接作法与旧方案相同。

新方案具有如下特点：

（1）同时利用了车站主体结构钢筋和人工接地网作为接地装置，能有效地降低整个接地装置的接地电阻，即使在土壤电阻率较高的地方，也能获得较低的接地电阻值。

（2）由于利用了车站主体结构钢筋作为接地极，便于对于车站内的设备和金属构件进行等电位连接，接地引入点可以分散设置于需做等电位连接的场所，仅需在必要的场所预埋接地端子与车站结构钢筋相连即可，节省了接地电缆的数量和接地连接的工程量。

（3）新方案接地的可靠性较高，因为整个车站主体结构钢筋网被连接成一个整体，设备只要连接至主体结构钢筋就能

进行可靠的接地，大大缩短了接地线路的长度，减小了接地线路断路的风险，从而提高了设备接地的安全性和可靠性。

（4）减少了人工接地网接地引出线的数量，同时接地引出线和车站主体结构无需再保持绝缘，降低了车站结构底板施

工的难度。

4 新舊方案比较

地铁地下车站的两种接地方案从接地效果（接地电阻）、接地可靠性、施工难度、杂散电流防护、经济性等方面进行比较，如表1所示。

新方案利用了自然接地极作为综合接地网的一部分，因此，可以显著减小综合接地的接地电阻提升接地的效果。由于可以从多点方便接入车站的结构钢筋网实现接地，因此，也显著提升了接地的可靠性。从施工的工程难度考虑，旧方案接地电缆的敷设工作量较大，新方案大大减少了接地电缆敷设的工作量但增加了土建专业结构钢筋连接的工作量，因此，两方案的施工难度相当。低压系统配电均采用TN-S系统，正常工作的情况下PE线上均无电流通过，杂散电流的防护效果取决于杂散电流收集网和车站主体结构钢筋网之间的绝缘效果，这一点对于新旧方案均是一致的。但在新方案中，由于人工接地网与车站主体结构钢筋连接为一体，因此，要求提高人工接地网与杂散电流收集网之间的绝缘性要求。从经济性角度评价，新方案减少了接地电缆连接的工程量，增加了土建专业结构钢筋连接的工程量，两者总体工程量是相当的。

5 结束语

通过对新旧地铁地下车站综合接地方案的分析比较可知，根据2013新版《地铁设计规范》要求设计的地铁地下车站综合接地方案，从接地的效果和接地可靠性方面均有显著提升，这对于地铁的电气安全性和可靠性来说是至关重要的。考虑到地铁地下车站设置人工接地网的施工难度、工程量和经济性，部分设置于土壤电阻率较低场所的地下车站，也可考虑仅利用自然接地极做综合接地网，文献[5、6]已论证其可行性，新版地铁设计规范提出采用自然接地体作为综合接地网的一部分是有其科学依据的。

参考文献

[1]GB50157-2003.地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.

[2]GB50157-2013.地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.

[3]周超，曹明淑，刘强.地铁车站接地设计探讨[J].都市快轨交通，2009，22（5）.

[4]GB50065-2011.交流电气装置的接地设计规范[S].北京：中国计划出版社.

[5]黄德胜.关于地铁接地问题探讨[J].地铁与轻轨，1998（2）.

[6]黄德胜.再谈地铁接地问题[J].都市快轨交通，2006，19（3）.