深井接地极的主要施工技术优化

12.4.3.1　线装药密度的选择

起爆药量与炮孔线装药密度(kg/m)有直接关系。本工程深孔内孔底爆破，与深孔预裂爆破在某些方面有些类似。预裂爆破要求在孔壁及炮孔连线方面产生裂缝，随后在爆炸气体作用下使原裂缝延伸扩大，最后形成平整的开裂面。本工程要求孔底产生裂隙，同时炮孔不会塌孔。

(1)预裂爆破线装药量与岩石极限抗压强度、炮孔直径有关，线装药密度一般为0.2～1.25kg/m。

(2)类似工程预裂爆破相关参数，见表12-13，可以作为参考。

表12-13　国内某些工程采用的预裂爆破参数表

(3)本工程钻孔过程中，孔上部10m～30m为土层，孔底部为坚硬岩石层。孔底爆破药量应比常规预裂爆破药量减弱，以确保爆破效果。因此选用参数为0.35kg/m。

12.4.3.2　爆破参数

孔内装药长度:设计图纸要求孔底爆破制裂，未明确自孔底向上爆破制裂范围。本工程方案确定孔内装药长度5m。

单孔装药量:按孔内装药长度5m，线装药密度0.35kg/m计算，单孔药量为1.75kg。

起爆网路:孔底间隔装药，采用导爆索连接。孔底起爆药包与孔口之间连接，采用塑料导爆管连接。起爆网络采用非电雷管+塑料导爆管起爆网路。孔内安装起爆药包，采用塑料导爆管引到孔外后，孔外再用非电雷管起爆。为确保按期起爆，防止哑炮，采用双发雷管，同时布设双起爆网路与双起爆药包，确保起爆效果。

堵塞:为防止孔壁坍塌，炮孔口不堵塞。

12.4.3.3　爆破方案

最大单响药量初定为1.75kg，实际根据爆破效果可及时进行调整。深井钻孔至设计深度后，进行孔底爆破制裂施工。采用间隔装药，用导爆索连接，用胶布固定在竹片上。非电雷管插入炸药体内并固定制作起爆药包。将炸药用麻绳吊入深井底部，非电雷管与麻绳必须同步下放，避免非电雷管在下放过程中与炸药脱离。为防止孔壁坍塌，孔口不堵塞。

采用分段装药结构、底部增设配重，解决了孔内深水(50m～60m)深井接地极爆破制裂问题。

具体操作如下:如图12-39所示，孔底至孔底以上5m间隔布置直径Φ32mm抗水乳化炸药，单节Φ32mm乳化炸药重0.15kg。按要求线密度0.35kg/m布置炸药。采用竹片绑扎炸药，炸药之间用导爆索连接。每孔放置1.75kg 炸药。炸药填装完成，孔口不堵塞。引爆前，检查起爆网路无误，确认安全警戒到位后，引爆孔外起爆雷管，爆破参数见表12-14。

表12-14　爆破参数表

图12-39　深井接地极爆破起爆示意图

最大单响药量1.75kg，单孔药量1.75kg。

起爆网路的设计原则是:保证最大单段起爆药量符合规范要求。利用孔内分段的方法，控制最大单响起爆药量，确保边坡、建基面的安全以及控制飞石，确保安全。

12.4.3.4　造孔

造孔孔径变化:深井接地极造孔施工过程中，由于上部为原始软土层，如按原设计孔径(≥150mm)钻孔会造成孔壁塌陷，无法成孔。因此我方在施工中先用孔径Ф300mm的钻杆造孔直到岩石层，为避免孔壁塌陷采用Ф200mm的套筒护壁，待穿过软土至岩石层后按设计孔径正常造孔，即采用Ф150mm的钻杆进行钻孔施工至设计深度。

12.4.3.5　孔底爆破制裂效果复查

(1)复查方法。

孔底爆破制裂后，为检查孔底爆破效果，采用两种方式进行复核，一是孔底摄像，二是灌注降阻剂工程量进行复核，若爆破未产生足够裂隙，则灌注降阻剂工程量应等于设计工程量。

(2)复查结果。

1)孔内摄像结果。

摄像检测各孔底部裂隙发育，大部分呈微张-张开状，裂隙大部分未见填充。

2)灌注降阻剂实际灌注工程量。

单个深井接地极的孔内体积为1.41m3，降阻剂密度1.25t/m3，孔内无裂隙的理论灌注量为1760kg。从表12-15 中可以看出，深井接地极灌注降阻剂量从2985.66～8135.68kg，说明孔底爆破后，孔内形成较多爆破裂隙，可灌入更多的降阻剂。

表12-15　深井接地极灌注降阻剂工程量汇总表

12.4.3.6　深井接地极安装与灌注降阻剂

采用压力灌浆方法将降阻剂灌注深井内。深井接地极深井钻孔完成以后，将深井用水冲洗干净，清除孔内的塌陷沙土和钻进残留的植物胶等杂物，再将四周已戳好孔的镀锌钢管逐节下管达到要求深度，定位紧固，镀锌钢管连接采用螺口连接。在下放钢管的同时将灌浆导管与镀锌钢管同时下放，如图12-40所示。

图12-40　降阻剂灌浆示意图

采用高速制浆机制拌降阻剂乳液，并泵送至孔口，解决了复杂山体深井接地极降阻剂的灌送问题。

按照施工要求将搅拌好的深井接地专用填充剂通过注浆泵和导管从深井底部注入深井，令深井内的积水排出，直至深井接地专用填充剂稠浆涌出为止;用锚固水泥封井口，待30min～60min后，锚固水泥凝固完成以后，用高压注浆泵强行向井内注浆，令深井接地专用填充剂沿底下岩土缝隙渗透入土壤，并使深井内深井接地专用填充剂灌注密实。

降阻剂灌注压力选择:深井接地极接地体为Φ50mm，灌降阻剂导管选用Φ30mm硬塑料管;深井底孔高程243m～270.83m间，目前蓄水高程285.6m，孔底水压在0.15～0.45MPa间，为保证降阻剂能顺利灌入孔内，降阻剂灌入压力选用1.5MPa。

降阻剂计量方式:根据设计要求，孔底采用爆破制裂，降阻剂采用压力注入制裂区，爆破裂隙越多，降阻效果越好，可进一步降低深井接地极的接地电阻值。由于深井内部地质状况不明确，同时孔底爆破制裂后，孔内裂隙发育，采用高压注浆泵向井内压力注浆。回填施工时，开挖的所有部分应用细土回填，如开挖原土质量不合乎回填使用要求，应另外取土回填。降阻剂材料压力灌浆计量按灌浆记录仪进行现场计量，由监理工程师核定。灌浆所用仪器、仪表必须经计量部门检验合格。

12.4.3.7　与电站主地网的连接施工

采用挖掘机开挖沟槽，深1000mm，沟底宽600mm，沟槽底部应尽量平整，如图12-41所示。

图12-41　沟槽开挖图

将铜覆钢圆线调直后，将其放入沟槽内，一端与深井接地极可靠电焊连接，另一端与电站水平主地网可靠放热焊接，如图12-42所示。

图12-42　铜覆钢圆线敷设图

采用挖掘机将原土回填，逐层夯实至地面，如图12-43所示。

图12-43　沟槽回填图

12.4.3.8　接地电阻测试

(1)接地阻抗测量。

接地阻抗测量采用常规的三极法布置测试回路，如图12-44所示，在接地网(G)外利用电流辅助接地极(C)向接地网注入入地电流10，测量接地网内指定点A与P点的电位差UAP，再求得电站接地网的接地阻抗。按《DLT 475-2006接地装置特性参数测量导则》(以下简称“导则”)要求，电流辅助极、电压辅助极距接地网边缘4D～5D，D为接地网的最大对角线长度。两线的夹角宜大于30°。

图12-44　三极法测量接地阻抗示意图

接地阻抗测量方法按电流源特性分工频电流法和异频电流法。前者是传统方法，为降低工频干扰的影响，提高信噪比、减小误差，需要试验电流较大，导则规定采用工频电流测试地网参数时，试验电流不宜小于50A。

异频电流法是采用频率异于工频但又接近工频的电流作试验电流进行测量的方法，此方法用非50Hz 试验电源将工频干扰与测量信号分离开来，消除其所致测量误差，因此测试电流不需太大就可提高测量精度，还可大大减小设备重量。导则推荐试验电流在3A～20A之间，频率在40Hz～60Hz之间。

本次测量采用工频电流法及异频电流法两种方法进行工频接地阻抗和接触电位差、跨步电位差的测量。(https://www.xing528.com)

(2)接触电位差。

在开关站地网注入测试电流，测量该区域设备架构距地面1.8m高处和与之水平距离1m的地表之间的电位差。

(3)跨步电位差。

在开关站地网注入测试电流，测量该区域大门口、金属围墙边角等处的地表和与之距离1m的地表之间的电位差。

(4)测量仪器及材料。

本次测量的主要设备采用红相8000系列接地装置特性参数测量系统。该系统主要包括大功率变频信号源、隔离变压器和可调频率万用表等部分，测量原理如图12-45所示。

该系统能提供45Hz～55Hz设定频率的电流，避开供电系统的工频干扰，选频电压/电流系统具有优良的选频特性，±1Hz的频差干扰衰减可达20dB。因该系统的抗干扰性强，无须进行倒相操作，可节省大量的测量时间。该系统还配有长度为2m的绳式开口柔性罗哥夫斯基线圈，为电流的准确测量提供了极大的方便。

另外，为保障测量的顺利进行，试验过程中还配有以下辅助设备及材料:

万用表2块，钳形功率表1块;

GPS定位仪器1台;

笔记本电脑1台;

交通工具(客货两用汽车2部)及通信工具(对讲机4台);

电流引线3km，电压引线12km;

3根1.5m长∠50×50×5mm的角钢，一端削尖，另一端距顶部50mm处钻有连线用的孔;

大铁锤1只;

直径20cm金属圆盘2个，上面留有接线用的钻孔;

连接线及连接头若干。

图12-45　接地阻抗测量原理图

(5)测试过程简述。

由于仙游抽水蓄能电站接地网的特性参数与土壤结构和土壤的潮湿程度有较大关系，因此测试应该在干燥晴朗的天气里进行，不适合在雨后或者雨中进行。

1)测试准备。

测量接地阻抗采用三角形布线方式的三极法，采用这种布线方式应该尽可能使得电压极和电流极的引线有充分大的距离，避免因为导线之间的互感对测量结果造成较大的影响。因此，本次测量采用的布线方式如下:

电流引线人工敷设至35kV施工变电站，然后经35kV架空输电线路连接至35kV度尾变电站，直线距离11.5km。

电压引线采用人工敷设，因为本次电压极布线条件限制，沿着山路布线至与500kV开关站直线距离4.95km以后继续向前布线时，与500kV开关站的直线距离反而开始降低，因此最后取距离500kV开关站直线距离4.95km的点作为电压极。

采用这种布线方式，测量过程中各个关键点坐标和相对位置如下:

电压极坐标:北纬25°34'9.8″东经118°30'32.6'″

电流极坐标:北纬25°25'59.8″东经118°34'19.7″

开关站坐标:北纬25°31'47.3″东经118°31'56.8″

相对位置:各点相对位置如图12-46所示。

电流极引线方向(由仙游抽水蓄能电站500kV开关站至度尾35kV变电站)与电压极引线方向(由仙游抽水蓄能电站500kV开关站至电压极)夹角为173.56°。

图12-46　各点相对位置总图

各关键点间直线距离:

地网对角线距离3km;

电流极距开关站11.5km;

电压极距开关站4.95km;

电流极至电压极16.43km。

2)测试工作安排。

在接地测量中，人身安全是第一位的。因此在地网、电流极和电压极三处的每个地点均需指定安全员1 名(兼做现场负责人)。测量中，在电流极及其接地体的周围会产生较大的电压降，因此在电流极周围20m～30m的范围内，不应有人及动物到达。

在充分考虑减少工作量和节省测量时间的前提下，工作安排如下:

首先进行电流引线的布置;电流引线布置完成后即可进行接触电位差、跨步电位差的测量;在进行接触电位差、跨步电位差测量时，分两队人同时进行电压引线的布置;待电压极引线布置完成，测量仙游抽水蓄能电站开关站的接地阻抗。

12.4.3.9　接地电阻测试成果分析

(1)接地阻抗测试结果。

根据测试结果，不考虑分流系数时，仙游抽水蓄能电站500kV开关站接地阻抗为0.164Ω;按照50%分流系数考虑，仙游抽水蓄能电站500kV开关站接地阻抗为0.33Ω，工频法测量结果与异频法测量结果一致，也验证了该测量结果的准确性，该接地阻抗满足不大于0.5Ω的设计要求。

按照34.41kA的短路电流计算，仙游抽水蓄能电站500kV开关站最大地电位升为5643V，略大于规范要求的最大地电位升不超过5000V的要求。

当接地装置地电位升大于5000V小于8000V时，并符合以下条件时，可认为符合安全要求:

验算接地均压网的接触电位差和跨步电位差在允许值范围内，并进行实测;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地装置电位升高时，发电厂、变电站内6～10kV避雷器不应动作;对可能将接地装置的高电位引向厂外，或将低电位引向厂内的设施，应采取隔离措施;由于地网电位的升高，可能对保护、控制、微机等弱电设备和二次导线、电缆产生反击或误动，应采取措施。

仙游抽水蓄能电站的接触电位差和跨步电位差等均满足安全要求，且对弱电设备也进行了等电位处理，因此电站运行是安全的。

另外，我国规范要求的5000V地电位升是建立使用镀锌钢作为接地网材料的情况下。对于铜接地网，网内电位差更小，美国接地安全导则对于地电位升的要求是不超过8000V。仙游抽水蓄能电站地网的主要部分均采用铜材。因此对于仙游抽水蓄能电站，不超过8000V的地电位升是安全的。

(2)接触电位差和跨步电位差。

在34.41kA短路电流下，仙游抽水蓄能电站500kV开关站的最大跨步电位差3.66V，远小于跨步电位差允许值386V;最大接触电位差113.15V，小于接触电位差允许值302V。均满足安全要求。

(3)接地电阻测试结论。

2013年12月21日进行了仙游抽水蓄能电站地网参数检测，结论如下:

对仙游抽水蓄能电站进行了接地阻抗、接触电位差、跨步电位差等参数的测量，测量工作达到预期目的;本次测量采用了工频法、异频法、功率表法三种方法进行，其中功率表法仅作为对方法的试验及测试用，其结果不作为最终测量结果。

按照50%分流系数考虑，仙游抽水蓄能电站500kV开关站的接地阻抗修正值为0.33Ω，满足不大于0.5Ω的设计要求。

根据仙游抽水蓄能电站提供的数据，最大单相短路电流值为34.41kA。

在34.41kA短路电流下，仙游抽水蓄能电站500kV开关站接地阻抗为0.33Ω，最大地电位升5643V，略大于规范要求的5000V地电位升，而规范是针对我国主要使用镀锌钢作为材料的地网，对于仙游抽水蓄能电站，地网的主要部位导体基本都是铜材，不大于8000V的地电位升都是安全的。

仙游抽水蓄能电站500kV开关站的接触电位差、跨步电位差均远小于规范要求的允许值，均满足安全要求。