0引言

泵站內(nèi)接地分為保護接地、工作接地、防雷保護接地和防靜電接地[1]。在南水北調(diào)東線大型調(diào)水泵站群,接地系統(tǒng)主要由保護、工作、防雷保護和防靜電接地等共同組成,該系統(tǒng)在最大程度上決定了調(diào)水泵站的工作效率、設(shè)備設(shè)施能否安全運行、后期維養(yǎng)是否簡單方便。本文從南水北調(diào)東線某大型調(diào)水泵站的工程建設(shè)和日常使用現(xiàn)狀進行分析,發(fā)現(xiàn)泵站整個接地系統(tǒng)還未達到標準化、樣板化、精細化的要求,難以滿足正常的工程運行和維護保養(yǎng)需要。因此,通過對該接地系統(tǒng)的安全可靠性進行研究,對其標準化做法進行設(shè)計,來保證調(diào)水泵站設(shè)備設(shè)施正常運行,進而從根源上控制住因現(xiàn)場接地問題引起的生產(chǎn)安全事故和已發(fā)現(xiàn)問題隱患屢查屢有現(xiàn)象,有效提升泵站的運行管理水平。

1 接地裝置設(shè)計

本文結(jié)合相關(guān)現(xiàn)行標準規(guī)范、泵站工程管理規(guī)程以及工程現(xiàn)場實際情況,對該泵站接地裝置安裝現(xiàn)狀進行分析,發(fā)現(xiàn)存在現(xiàn)場選用的接地材料規(guī)格未統(tǒng)一、接地線不符合現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范、未涂刷接地標識及缺少標示類標牌等問題。為充分滿足接地裝置的設(shè)計要求,保證接地系統(tǒng)長期、可靠、穩(wěn)定運行,下面對系統(tǒng)內(nèi)接地裝置的材質(zhì)、顏色、規(guī)格等方面進行探究。

1.1 接地裝置材質(zhì)

1)鋼質(zhì)接地體。接地裝置一般選用結(jié)構(gòu)鋼制成,除臨時接地裝置外,使用鋼材作為接地裝置材料時均應(yīng)進行熱鍍鋅處理。水平接地體宜選用熱鍍鋅扁鋼[2],垂直接地體可選用角鋼或鋼管等熱鍍鋅鋼質(zhì)材料,雖然角鋼制成的接地體在散流效果方面比鋼管差一點,但施工難度小、成本低,現(xiàn)場安裝一般采用角鋼。2)軟性接地體。由于接地體應(yīng)用于低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備具有多變性和復(fù)雜性,為滿足連接方便容易的要求,選擇軟材為佳,如多股和單股芯線、編織線。低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的蓋板、柜門、遮板和其他類似部件上如果沒有安裝超過特低電壓限值(ELV)的電氣裝置,如信號燈、儀表、操作電器等,通常采用金屬螺釘連接和金屬鉸鏈連接;若裝有,一般采用金屬螺釘連接和黃、綠雙色地線連接。3)銅質(zhì)接地體。銅排,有的場合也稱為銅母線、銅母排、銅匯流排或接地銅排,通常采用優(yōu)質(zhì)銅材制作,是種截面形狀為矩形或倒角(圓角)矩形的優(yōu)良接地導(dǎo)體。銅排能夠承受大電流而不易發(fā)熱,熱穩(wěn)定性較好,電阻率低,可折彎度大,特別耐腐蝕,壽命一般為30~60年,可在電路中起輸送電流、連接電氣設(shè)備的作用,一般用于弱電機房接地。

1.2 接地裝置顏色

1)按照有關(guān)標準和生產(chǎn)實際情況,用黃、綠雙色作為安全用電的接地線顏色。黃、綠雙色是國際電工委員會規(guī)定的保護接地線專用色標,已為國際通用[3]。此外,黃、綠雙色線較其他顏色更為醒目和具有安全感,任何情況下接地軟導(dǎo)線顏色均應(yīng)為黃、綠雙色,其他導(dǎo)線不得采用此種顏色,也不可和其他顏色互相代用。2)明敷接地線安裝時,在接地線全部長度上或者每個區(qū)間或每個可接觸到的部位的表面,涂刷寬度相等、綠色和黃色相間的條紋標識。導(dǎo)體長度在20 cm以下時,導(dǎo)體表面各1/2涂刷;長度在20 cm以上時,導(dǎo)體表面間隔10cm涂刷。3)接地材料采用銅排時,為預(yù)防硬銅排腐蝕,保護銅排免受腐蝕和氧化侵害,需要在銅排表面套熱縮管。熱縮管采用交流電的三相五線標準導(dǎo)線顏色,PE線的熱縮管顏色為黃、綠雙色。

1.3 接地裝置截面

1)接地銅排截面積的選擇需要測量實際負荷電流并考慮電流過載因素?？梢酝ㄟ^負荷電流除以電流密度(通常為5~8 A/mm2)得出,然后參考銅排載流量表并根據(jù)安裝方式和散熱條件確定銅排的寬度和厚度。結(jié)合站內(nèi)不同設(shè)備的最大負載電流要求,銅排截面積不應(yīng)小于50 mm²,厚度不應(yīng)小于2 mm,以免接地故障時發(fā)生電氣危險。2)低壓電氣設(shè)備地面上連接至接地極或保護線(PE)的外露接地線最小截面積應(yīng)不小于4 mm²。為保證電動機接地故障時保護接地線有足夠的容量,應(yīng)根據(jù)電動機相線截面積確定接地線截面積。泵站內(nèi)中小型電動機相線截面積在4~16 mm²之間,遠小于標準臨界值25 mm²,接地時接地線應(yīng)等同相線的截面積,以避免電動機受損或引發(fā)更嚴重的安全事故。3)接地裝置水平接地極的截面不應(yīng)小于連接至該裝置接地線截面的75%,扁鋼材質(zhì)的接地極和接地線的截面積不應(yīng)小于48 mm²,電力線路桿塔的接地極引出線的截面積不應(yīng)小于50 mm²。此外,敷設(shè)在混凝土中作為防雷接地裝置的鋼筋或圓鋼,當僅為一根時,其截面積不應(yīng)小于50 mm²,直徑不應(yīng)小于10 mm。如暗敷引下線,采用圓鋼時直徑不應(yīng)小于10 mm,而采用扁鋼時截面不應(yīng)小于80 mm²。

2接地系統(tǒng)標準化做法

泵站安全接地系統(tǒng)剖面圖如圖1所示,該調(diào)水泵站接地系統(tǒng)為一個總的接地裝置。

在標準化建設(shè)過程中,對泵站內(nèi)機械設(shè)備接地、電氣設(shè)備接地、水工建筑物接地、特殊設(shè)備接地等多種類型進行了專題研究。本文就標準化做法的幾個方面做以下具體闡述。

2.1機械設(shè)備接地

機械設(shè)備接地是泵站整個接地系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié),直接關(guān)系到設(shè)備的運行安全性和可靠性。主機組及輔機設(shè)備作為整個泵站抽水系統(tǒng)的核心組件,其工作環(huán)境對接地提出了嚴格要求。對于電動機額定電壓超過交流1 000 V或直流1500 V的主水泵機組部分,主電動機定子與50 mm× 5 mm鍍鋅扁鋼通過M14熱鍍鋅螺絲螺母緊固連接,電力電纜金屬護層與50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼通過M14螺絲螺母緊固連接,并將φ10鍍鋅圓鋼從主電機周邊干線引出和主機組機座進行可靠電弧焊接,接地完成后在表面涂刷黃綠雙色漆防腐,以形成可靠的接地保護體系。對于泵站內(nèi)額定電壓大于交流50 V或直流120 V但不超過交流1 000 V或直流1 500 V的電動機,如供水泵、排水泵、冷水機組等輔助設(shè)備,與其相連接的機械設(shè)備和附屬金屬結(jié)構(gòu)接地時,從電動機周邊干線引出水平鍍鋅扁鋼接地線采用焊接方式與機械設(shè)備連接;而這些小型電機接地時采用BVR黃綠雙色軟銅線與設(shè)備內(nèi)的電機底座及電機外殼相連接,軟銅線具體截面積取決于電機相線截面積;之后雙色軟銅線和40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼通過螺絲螺母緊固相連,再將其接入接地網(wǎng)。

2.2電氣設(shè)備接地

電氣設(shè)備接地是為保證電氣設(shè)備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施[4]。在泵站安全接地中,除機械設(shè)備接地外,站內(nèi)電氣設(shè)備的防護也是至關(guān)重要的。這些設(shè)備包括但不限于高低壓開關(guān)柜、直流柜、勵磁柜、計算機保護柜等?？刂票P柜接地時將截面不小于50 mm2的鍍鋅扁鋼一端與此類電氣設(shè)備的控制盤柜進行可靠焊接,另一端就近與主接地網(wǎng)進行焊接相連?？刂乒耖T跨接線時柜門一側(cè)沒有安裝超過特低電壓限值的電氣裝置,使用截面不小于4 mm2 的透明軟膠銅絞線通過螺絲螺母緊固方式將設(shè)備柜門與等電位接地網(wǎng)緊密連接;若另一側(cè)安裝超過特低電壓限值的電氣裝置,以同樣連接方式用截面不小于4 mm2的黃、綠雙色軟銅線跨接。

2.3水工建筑物接地

某大型調(diào)水泵站的主要建筑物包括泵站工程的站身、翼墻、上下游護坡、節(jié)制閘及配套管理設(shè)施,設(shè)計施工時建有穩(wěn)定可靠的外部避雷裝置。避雷裝置主要由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成[5]。如圖2所示,泵站在建筑物頂部使用φ10鍍鋅圓鋼制作成避雷網(wǎng),利用φ16圓鋼或建筑物墩柱內(nèi)主筋連焊后作引下線,將雷電流直接引入大地泄散,以降低電位,避免引起電位不均或?qū)υO(shè)備造成反擊破壞;在數(shù)根引下線上距地面0.3 m處設(shè)連接測試板,焊接后除去殘留焊藥并涂刷瀝青防腐。泵站、節(jié)制閘與檢修間的基礎(chǔ)不在同一高程上,接地極根據(jù)各自底板高程分別敷設(shè)并引上至屋頂避雷網(wǎng),三部分的接地及避雷網(wǎng)連通形成一個防雷接地系統(tǒng)。在接地裝置設(shè)計和安裝時,充分利用工程現(xiàn)場的自然接地體接地,根據(jù)實際需要再另設(shè)人工接地體以節(jié)省用料,減少工程投資。人工接地體有垂直埋設(shè)和水平埋設(shè)兩種。泵站水工建筑物內(nèi)根據(jù)需要采取垂直埋設(shè)人工接地體,如圖3所示,使用的垂直接地體為50mm×50mm×5 mm規(guī)格、2.5 m長的鍍鋅角鋼。

2.4特殊設(shè)備接地

1)通信機房接地。泵站通信機房設(shè)備接地時在機房內(nèi)架設(shè)接地匯流排,機房內(nèi)的設(shè)備及其金屬外殼利用黃、綠雙色接地銅線,采用等電位連接形式連接到敷設(shè)在機房設(shè)備頂部橋架上端的接地匯流排上,銅排配有專用接地端子,利用接地線接入泵站的保護地,在銅排空余處使用黃、綠雙色的熱縮套管進行防護,以提高安全性。2)室外路燈接地。室外路燈除用金屬燈柱兼作接閃器和引下線,路燈基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋做自然接地體外,額外增加人工接地體用于防雷接地。接地時路燈底部均安裝長2.5 m的50 mm×5 mm鍍鋅角鐵,通過50 mm× 5 mm熱鍍鋅扁鋼開孔利用螺栓與路燈立桿連接,實現(xiàn)路燈基礎(chǔ)與接地極的可靠連接,焊接后進行防腐處理。3)電纜橋架接地。金屬電纜橋架接地時沿電纜橋架敷設(shè)鍍鋅扁鋼,電纜橋架的開始部分和終點部分兩端均應(yīng)與接地網(wǎng)可靠連接,橋架兩端連接鍍鋅扁鋼,每隔20 m橋架增加與接地網(wǎng)的連接點。電纜橋架的鍍鋅支吊架和鍍鋅電纜橋架之間無跨接地線時,電纜橋架間采用6 mm2黃綠雙色軟銅線連接,連接處使用兩個專用接地螺栓固定。

3接地系統(tǒng)標準化控制措施

在實際的接地系統(tǒng)標準化建設(shè)過程中,需要注意整個接地系統(tǒng)內(nèi)可能遇到的困難或問題,以確保建筑物和設(shè)備的安全運行。針對上文提出的標準化做法,本文從以下幾個方面采取有效的控制措施來保證接地系統(tǒng)標準化創(chuàng)建質(zhì)量。

1)接地網(wǎng)的防腐。在機組平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的前提下,需要及時解決接地網(wǎng)中存在的腐蝕問題,做好泵站接地系統(tǒng)防腐蝕工作,確保其正常使用。接地體的材料有銅、熱鍍鋅鋼、電鍍銅鋼、不銹鋼、鋁、鉛等,這些材料在不同的環(huán)境和應(yīng)用中展現(xiàn)出不同的耐腐蝕性能。工程人員應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境,選擇性能優(yōu)良的材質(zhì)。選用接地材料時必須進行檢查,材料不應(yīng)存在嚴重的銹蝕;此外,需要對這些材質(zhì)表面進行有效的防腐保護,可將接地引下線澆筑在混凝土內(nèi),其引出部分、焊接部分涂刷瀝青或防腐漆料,并進行定期檢查。2)接地電阻的控制。接地電阻是接地裝置是否滿足相關(guān)規(guī)程要求的主要參考指標,也是接地系統(tǒng)質(zhì)量評估和安全水平的重要參數(shù)之一。接地電阻應(yīng)考慮季節(jié)變化導(dǎo)致土壤干燥或凍結(jié)的影響,來滿足各季節(jié)土壤的要求;要針對工程現(xiàn)場不同部分、不同土壤條件,采用不同的方法來有效控制接地電阻,確保接地阻值在設(shè)計范圍之內(nèi),使泵站接地系統(tǒng)整體能夠穩(wěn)定運行。工程現(xiàn)場人員要定期測量電阻值確保泵站接地安全,若發(fā)現(xiàn)不滿足國家現(xiàn)行標準和現(xiàn)場對接地電阻值要求,要補做人工接地裝置或采取其他措施進行處理。3)接地線(極)的連接。接地線、接地極的連接一般采用焊接或螺栓的連接方式。

接地線或接地極采用焊接相連時,可能出現(xiàn)焊接不良或焊接長度不夠的問題,影響接地正常使用,還會造成泵站連接開路,連接質(zhì)量差,因此焊接應(yīng)均勻平整,焊接處表面不應(yīng)有裂紋、弧坑、未焊透等外部缺陷。不能采用焊接、可用螺栓連接時應(yīng)符合現(xiàn)行標準的搭接要求,若螺栓連接處未采用彈簧墊圈、鎖緊螺母等防松措施,長時間受到振動可能會產(chǎn)生松動變形,導(dǎo)致無法緊密連接;母線連接處螺孔尺寸應(yīng)與螺栓相匹配。導(dǎo)線兩端需使用專用連接端子,所用的端子規(guī)格應(yīng)與其連接體相匹配。

4 結(jié)束語

隨著當前水利工程標準化管理工作的加速推進,常規(guī)、分散、標準不統(tǒng)一的接地方式已不能適應(yīng)泵站標準化、規(guī)范化建設(shè)的需要。本文根據(jù)我國調(diào)水泵站工程運行管理的特點,在借鑒國內(nèi)其他工程接地系統(tǒng)運用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,結(jié)合標準化理念將南水北調(diào)東線某大型調(diào)水泵站接地系統(tǒng)內(nèi)各種類型的接地結(jié)合起來進行設(shè)計和研究,為該調(diào)水泵站的安全接地提供了科學(xué)有效的技術(shù)支撐,填補了大中型調(diào)水泵站安全接地系統(tǒng)標準化的空白,也為其他類型工程的接地系統(tǒng)標準化設(shè)計與建設(shè)提供了借鑒。

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《機電信息》2025年第15期第14篇