高速铁路综合接地技术研究

【摘要】随着经济和科技的不断发展，我国高速铁路进入了快速发展期。高铁技术的发展必然会涉及到综合接地技术。本文则主要对高速铁路综合接地技术进行探讨。

【关键词】高速铁路综合接地技术

随着高速铁路的发展,铁路的牵引负荷随之增大,而牵引变电所的回流电流也随之增大。牵引变电所接地系统面临两个严重的问题：一是回流电流造成地网电位不相等,这种情况一方面会对人身以及设备的安全造成威胁；另一方面将对保护、测量、信号装置造成影响,并有可能引发保护装置的误动或拒动。二是机车运行时起动、制动等操作造成母线电流波动增大,这种波动产生的电磁信号将对变电所中信号与通信回路造成干扰,也将对保护装置的测量信号造成干扰并影响调度中心与变电所之间的通讯,而一般的接地系统不能满足对电磁信号屏蔽的要求。由于传统接地系统存在这些问题,随着牵引变电所综合自动化系统的发展,这些问题表现得更加严重,因此发展综合接地系统成为一种必然的趋势[1]。

一、高速铁路综合接地概述

高速铁路综合接地系统就是将铁路沿线的牵引供电回流系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统、建筑物、道床、站台、桥梁、隧道、声屏障等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统。同时该贯通地线也是牵引回流的一个主要回路，从原理上来说，其实就是一个共用接地系统并通过等电位连接构成铁路的一个等电位体。综合接地系统由贯通地线、接地装置及引接线等构成，它以沿线两侧敷设的贯通地线为主干，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物设施内的接地装置作为接地体，形成低阻等电位综合接地平台。

二、高速铁路综合接地总体技术要求

在综合接地系统中，建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不应大于1Ω；

对于综合接地接入物必须进行单端接入，不能构成电流回路，尤其是对于电缆外壳，构筑物钢筋均应单端接入，不能形成通路，以免烧损设备破坏绝缘及对构筑物强度产生影响；电力、接触网等强电设备、设施接地连接线不得进入通信信号沟槽内；桥梁、隧道、无砟轨道、接触网支柱基础等结构物内的接地装置应优先利用结构物中的非预应力结构钢筋作为自然接地体；当没有结构钢筋可以利用时，可增加专用的接地钢筋；当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体；为防止对预应力钢筋的影响，预应力钢筋不应接入综合接地系统；接地装置通过结构物内预埋的接地端子与贯通地线可靠连接。接地端子直接浇筑在混凝土结构内，表面与结构面平齐。

三、高速铁路综合接地设置

（一）桥梁综合接地设置

（1）桥梁综合接地范围

桥梁地段贯通地线铺设在两侧的通信信号电缆槽内，接地极充分利用桥墩基础设置。桥梁结构的梁部、桥墩台、承台、基础以及接地系统的外部接口和各结构之间的连接均进行接地连接,以形成完善的接地系统并具备良好的接地性能[2]。

（2）桥梁综合接地设计原则

首先是钢筋类型的选择,接地钢筋可利用结构本身的普通钢筋,预应力钢筋不接入综合接

地系统,保证桥梁结构在通过高电压、电流时结构本身的正常使用功能不受影响并安全传导电压、电流通过;其次是钢筋的截面确定,钢筋截面积至少应为200mm2(如Φ16 mm钢筋、50×4 mm扁钢),以保证具有足够的载流截面,若采用铜缆作为连接线时要求截面不应小于50mm2;再次是钢筋焊接要求：双面焊搭接长度不小于55mm；单面搭接焊长度不小100mm；焊缝厚度不小于4mm；钢筋间十字交叉时采用直径16mm的“L”形钢筋进行焊接，焊接长度同前；最后是接地测试,对接地钢筋每处连接均应进行电阻值测试,确保电气回路通畅,经检查全部合格后方可浇筑混凝土。

（3）桥梁综合接地措施

1、梁体接地设置

梁体纵横向预留接地钢筋,并在梁的顶面及底面预留接地端子以便与需要接地的构件及下部结构接地体连接,原则上接地钢筋利用梁部相应位置处的结构钢筋。例如具体接地钢筋设置型式为梁端桥面板设横向钢筋、腹板设竖向钢筋与纵向钢筋焊接形成回路；桥上接触网支柱接地，采用直径16mm的连接钢筋与支柱预埋钢板和梁部纵向接地钢筋连接；每孔箱梁桥面设置4根Φ16 mm纵向钢筋：在双线轨道底座板之间的1/3和2/3处各设置1根钢筋,两侧防撞墙下部各设置1根钢筋，并纵向贯通整片梁。

2、桥墩及基础接地设置

桩基础桥墩接地设置在每根桩中设置一根通长接地钢筋，上下两个接地钢筋通过闪光对焊和帮条焊联接，满足焊缝要求，并在这根接地钢筋顶端焊一根短钢筋做为日后寻找的标记；桩中的接地钢筋在承台中采取环接方式，把每根桩的接地钢筋通过与承台底层环接钢筋焊接形成一个回路，施工时应对接地钢筋采用刷上油漆作标识，便于检查；每个桥墩选取纵向靠大里程外侧两根间距1.7m的竖向钢筋作为接地钢筋,一端与承台底层环形接地钢筋焊接，另一端与墩帽处的接地端子相连。

明挖基础桥墩接地设置在基底底面设一层钢筋网做为水平接地极，水平接地极满布基底底面，钢筋网格间距按照1m ×1m设置；中部“十字”交叉的两根钢筋上的网格节点施以“L”形焊接，钢筋应闭合焊接，其他节点绑扎；水平接地极钢筋网格的外缘距承台混凝土底面不大于70mm2；施工时应对接地钢筋采用刷上油漆作标识，便于检查；所有接地钢筋间的联接采用搭接焊或“L”形焊接，均应满足焊接质量和长度要求。

（二）路基综合接地设置

（1）路基地段贯通地线埋设

一般路基地段沿线路两侧各设一根贯通地线，位于通信信号电缆槽外侧内壁正下方的基床底层中，接地极充分利用接触网支柱基础；涵洞地段的贯通地线在通信信号电缆槽安装前，将其敷设在电缆槽靠线路侧面的下部位置；路堤、土质及软质岩路堑地段的贯通地线埋深距基床底层顶面-30cm～-40cm处；硬质岩路堑地段，将贯通地线埋设于通信、信号电缆槽下约20cm，沟中回填细粒土。

（2）分支引接线的埋设

分支引接线埋设工序与贯通地线相同，一端与贯通地线C型压接，另一端与接触网支柱基础上预制的接地端子栓接；在引接线中部适当位置再与电缆槽侧壁预制接地端子尾端C型压接；每个接触网支柱、跨线建筑物及桥梁与路基、隧道与路基过渡段处各埋设一根分支引接线，材质同贯通地线一样。

（3）过渡段贯通地线连接

在邻近过渡段的路基通信信号电缆槽侧壁处预留接地端子，并预埋分支引接线将接地端子与贯通地线连接；桥梁、隧道地段的贯通地线沿通信信号电缆槽敷设至路基段，采用L形连接器将贯通地线与路基段通信信号电缆槽预留的接地端子连接。

（三）隧道综合接地设置

（1）接地与接触网预埋加强设置

隧道左右两侧的通信信号电缆槽中各设置一根贯通地线。贯通地线采用截面为70mm2的耐腐蚀并符合环保要求的铜线，并采用砂防护措施[3]。利用在两侧通信信号电缆槽侧墙上部纵向贯通的Φ16结构钢筋作为纵向接地钢筋，此根钢筋每100米断开一次，钢筋头间距不小于10cm。用于隧道内接地极、接触网断线保护接地及接地钢筋间的等电位连接。

（2）隧道二次衬砌中的接地钢筋设置

二次衬砌中有结构钢筋的隧道利用二次衬砌的内层纵、环向结构钢筋作为接触网断线保护接地钢筋；接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧，以0.5m为间隔，各选3根纵向结构钢筋作为接地钢筋。二次衬砌中无结构钢筋的隧道除接触网吊柱基础接地外，不再单独考虑接地钢筋设置。环向接地钢筋设置位置根据接触网专业提供的里程位置埋设。

（3）接地钢筋间的连接及接地端子设置

隧道内的锚杆接地极、底板接地极和二次衬砌内的接地钢筋等接地装置均应通过连接钢筋与两侧电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接。隧道内接地装置均采用桥隧型接地端子；从隧道进口2m处开始，在两侧通信信号电缆槽底部，每间隔100m设置一个接地端子，小于100m的隧道在中部设一处。接地端子供隧道接地装置与贯通地线的连接；从隧道进口2m处开始，在两侧通信信号电缆槽靠线路侧壁上，每间隔50m设置一个接地端子，小于50m的隧道在中部设一处。接地端子供轨旁设备、设施接地；当接触网槽道基础采用预埋方式时，需将基础与二次衬砌内的环向或纵向接地钢筋焊接；当基础采用后植入安装方式时，需在安装基础的位置预埋接地端子，并与二次衬砌内的环向或纵向接地钢筋焊接

目前客运专线铁路综合接地系统在保证列车安全运行方面的作用得到非常重视,其主要作用就是在牵引供电系统出现设备故障时，综合接地系统应能为其提供可靠迅速的保护通道，使故障电流能快速切断，形成消除危险电位的持续的泄流通道，以达到接触电压和轨道电位的要求。它的作用体现在如下几个方面:防雷电袭击保护;轨道电路传输可靠性保证;杂散电流电磁干扰以及在意外情况下对桥上设备、机车车辆和人员的接地保护。因此，在桥梁、路基、隧道、轨道等结构物必须设置综合接地，它们作为接地系统的传输导体和接地极才能有效地保证了上述功能的顺利实现。

参考资料：

[1]赵自静.高速铁路综合接地施工工艺 [J]. 价值工程 ,2011,(03)：76-77

[2]王晓明.高速铁路综合接地系统分析与研究 [J]. 铁路技术创新 ,2011,(01)：59-62

[3]肖苹;刘立峰.高速铁路综合接地技术[J].铁道经济研究 ,2010,(03)：33-37