輸電線路桿塔接地降阻措施研究

解廷春XIE Ting-chun

（國網(wǎng)山西省電力公司朔州供電公司，朔州 036002）

（State Grid Shanxi Electric Power Company Shuozhou Power Supply Company，Shuozhou 036002，China）

1 接地電阻的重要性

①對(duì)于輸電設(shè)備來說，通過接地處理，在一定程度上可以有效防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受損壞等事故的發(fā)生，進(jìn)一步確保電力系統(tǒng)的正常、平穩(wěn)運(yùn)行。近年來，因接地網(wǎng)不能滿足要求，進(jìn)而引起設(shè)備損壞事故，在國內(nèi)許多地區(qū)頻繁連續(xù)，在引發(fā)電網(wǎng)事故的各種因素中，雷擊是主要的自然災(zāi)害之一，通常情況下，在電網(wǎng)事故中，雷擊事故超過50%。在這種情況下，接地裝置的科學(xué)性、合理性是輸電線路防雷的重要舉措。

②在防雷中，接地裝置的作用。對(duì)于雷電事故來說，其破壞作用通常情況下是由雷電流造成的，通過熟悉了解接地裝置出現(xiàn)的最大電位，在一定程度上可以有效防止雷擊事故的發(fā)生。一般來說，雷電流通過單根引下線的全部電壓降利用下列公式可以進(jìn)行計(jì)算：

式中i——雷電流，（kA）；

Rch——接地裝置的沖擊電阻，（Ω）；

L0——單位長度的電感，（μL/m）；

l——接地引下線的長度，（m）；

UFJ——電壓降，（kV）；

di/dt——雷電流的陡度，（kV/μs）。

2 常見的雷擊故障及防雷措施

2.1 輸電線路桿塔雷電的“直擊”和“繞擊”電網(wǎng)的事故中以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷電故障為主。根據(jù)運(yùn)行記錄，架空輸電的供電故障一半是雷擊引起的，所以研究其故障及其預(yù)防是非常重要的。

在雷擊故障中，直擊雷比較常見，這種故障是指帶電云層與大地上某一點(diǎn)發(fā)生放電現(xiàn)象。直擊雷的威力比較大，通常情況下，雷電壓可達(dá)幾萬伏，甚至幾百萬伏，瞬間電流高達(dá)十幾萬安，在雷電通路上，高溫能夠燒傷甚至融化物體會(huì)。雷閃擊中架空輸電線路運(yùn)行中帶電導(dǎo)線，稱為輸電線路直接雷擊，塔頂及塔頂附近的避雷線容易受到直擊雷的影響，容易導(dǎo)致該塔一相或多相瓷瓶發(fā)生閃絡(luò)。另一種是繞擊雷，所謂繞擊雷是繞過避雷線擊中導(dǎo)線，在大跨越檔和線路周圍空曠地區(qū)容易發(fā)生繞擊雷故障。通常情況下，繞擊雷容易造成邊相瓷瓶串閃絡(luò)，該邊相應(yīng)該是迎著雷云走向的一側(cè)，當(dāng)雷電流比較大時(shí)，繞擊雷擊中導(dǎo)線后，雷電流可以沿導(dǎo)線兩側(cè)進(jìn)行傳遞，造成該檔相鄰的桿塔同相瓷瓶發(fā)生串閃絡(luò)，當(dāng)較大的雷電流繞擊在一側(cè)桿塔的導(dǎo)線上時(shí)，一般會(huì)造成該塔的瓷瓶發(fā)生串閃絡(luò)，如果雷電流過大，在通過桿塔入地時(shí)造成塔頂電位高，同樣可以引起反擊，進(jìn)而在一定程度上造成其它相瓷瓶發(fā)生閃絡(luò)。

2.2 輸電線路桿塔雷電的“反擊”雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱為反擊。發(fā)生雷害事故的桿塔往往為接地電阻偏高的桿塔，而且容易發(fā)生在雷害事故較多的線路上，通常情況下都是若干基桿塔接地電阻連續(xù)偏高，或者存在大跨越、大檔距。在這些地方發(fā)生反擊，是因?yàn)檫@些地段，一旦桿塔遭受雷擊，相鄰桿塔就不能進(jìn)行有效的分流，而大部分的雷電流流過被擊桿塔，受接地電阻較高的影響和制約，進(jìn)而造成較多的塔頂電位，一旦絕緣子串兩端的電位差超過絕緣子中的50%沖擊放電電壓時(shí)，在這種情況下，絕緣子發(fā)生擊穿——即“反擊”所致，當(dāng)雷擊塔頂時(shí)，塔頂電位為：

式中，Up、Rch、it、Lt分別為塔頂電位（V）、桿塔沖擊接地電阻（Ω）、流過被擊桿塔的入地電流（A）、桿塔的等值電感（H）。

如果塔頂電位為Up，那么與之相連的避雷線的電位同樣為Up，由于避雷線與導(dǎo)線的電磁耦合作用，進(jìn)而在導(dǎo)線上將出現(xiàn)耦合電位KUp，其中K 為耦合系數(shù)。在這種情況下，如果遭受雷擊，空間電磁場(chǎng)會(huì)突然變化，在導(dǎo)線上會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)過電壓，其幅值為，當(dāng)雷電流達(dá)到幅值時(shí)，這時(shí)感應(yīng)雷電壓達(dá)到最大，即

此時(shí)，導(dǎo)線電位等于其耦合電位與感應(yīng)雷電壓之和：

式中k0為導(dǎo)線對(duì)避雷線的幾何耦合系數(shù)；hs為避雷線的平均高度，（m）；hc為導(dǎo)線對(duì)地平均高度，（m）；a 為感應(yīng)過電壓系數(shù)，（kV/m）；t 為時(shí)間，（s）；τf 為雷電流波頭時(shí)間，（μs）。此時(shí)作用在絕緣子串電壓Um為桿塔塔頂電位Up與導(dǎo)線電位Uc之差，即

式中，ha為導(dǎo)線高度，（m）；β 為桿塔分流系數(shù)，即桿塔電流與雷電流之比值，β=。

對(duì)于Um來說，通常情況下會(huì)隨著雷電流的增大而逐漸增大，當(dāng)Um超過絕緣子的50%沖擊放電電壓時(shí)，絕緣子在這種情況下將會(huì)發(fā)生擊穿放電，也就是所謂的“反擊”。“反擊”一方面與雷電流的大小有關(guān)，另一方面與桿塔電感、桿塔沖擊接地電阻和相鄰桿塔的沖擊接地電阻有關(guān)。

2.3 輸電線路的防雷措施 目前，為了確保輸電線路的安全平穩(wěn)地運(yùn)行，通常情況下，通過安裝避雷線、安裝線路避雷器、采用差絕緣方式、增強(qiáng)線路絕緣、安裝耦合地線、降低桿塔接地電阻等多種措施，對(duì)輸電線路進(jìn)行防雷處理性。將避雷線安裝在高壓輸電線路的上方，在目前情況下，這是防止雷擊的主要措施。一套完整的防雷裝置，通常情況下主要包括：接閃器（避雷線）、引下線、接地裝置。對(duì)于避雷線來說，其避雷原理是利用其高出被保護(hù)物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，進(jìn)而在一定程度上對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，防止其遭受雷擊。通過進(jìn)行綜合分析運(yùn)用，依靠架設(shè)在桿塔頂端的避雷線，其運(yùn)行維護(hù)工作中主要是對(duì)桿塔接地電阻的檢測(cè)及改造，是簡單而有效得方法，可以達(dá)到防雷要求和目的。只要我們采用合理的接地改造措施，綜合考慮（土壤電阻率、土層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)情況、含水情況、季節(jié)因素、氣候，施工質(zhì)量、人為因素等）因素，從防止雷擊形式的根本出發(fā)，就能真正做到切實(shí)可行而又能收到實(shí)際效果。

2.4 接地降阻的技術(shù)措施

2.4.1 對(duì)接地體進(jìn)行水平外延處理，在地理環(huán)境允許的情況下，需要水平放射接地體。這是因?yàn)椋ㄟ^對(duì)接地體進(jìn)行水平放射，一方面可以有效地降低工頻接地電阻，另一方面可以有效降低沖擊接地電阻。通過降低接地電阻，在一定程度上可以有效地防雷。對(duì)于接地體來說，通常情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)一步確定水平放射的形狀和方位。對(duì)于接地體水平放射的長度，可以根據(jù)要求來確定，但是，在水平放射長度1.5 倍范圍內(nèi)，如果土壤電阻率較低，在這種情況下，可以通過外引接地的方式進(jìn)行處理，進(jìn)一步對(duì)水平接地體進(jìn)行延伸。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，當(dāng)增加水平接地體的長度時(shí)，會(huì)進(jìn)一步增加電感的影響，同時(shí)增大沖擊系數(shù)。隨著接地體長度的不斷增加，當(dāng)增加到一定程度后，沖擊接地電阻會(huì)隨著接地體長度的增加而增加。對(duì)于接地體來說，其有效長度如表1 所示。

表1 在不同土壤電阻率下的水平接地體有效長度

2.4.2 深埋式接地極 在處理接地體的過程中，如果地下土壤或水的電阻率較比較低，在這種情況下，可以通過深埋接地極的方式，進(jìn)一步降低接地電阻。對(duì)于含砂土壤來說，這種方法最有效。如果地下較深處土壤的電阻率比較低，在這種情況下，可以通過豎井式或深埋式對(duì)接地極進(jìn)行接地處理。在選擇埋沒地點(diǎn)時(shí)，需要注意：

①選擇地下水豐富，并且水位較高的地方。②如果桿塔附近有金屬礦體，這是可以將接地體固定在礦體上，通過礦體對(duì)人工接地體的長度進(jìn)行延長。③對(duì)山巖的裂縫進(jìn)行充分利用，將接地極插入裂縫內(nèi)，同時(shí)澆注降阻劑。④在北方凍土區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，通常情況下需要將接地體深埋到凍土層以下。⑤深埋接地體的間距超過20m。

2.4.3 填充降阻劑 降阻劑具有良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分，這些物質(zhì)具有導(dǎo)電性能，網(wǎng)狀膠所包圍著這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分，同時(shí)部分水解的膠體填充網(wǎng)狀膠體的空格，在一定程度上避免隨地下水和雨水而流失，因而能夠長期保持良好的導(dǎo)電性。

2.4.4 多支外引式接地裝置 在設(shè)置桿塔的過程中，如果附近有水源，并且水的導(dǎo)電率較低，可以對(duì)這些水源進(jìn)行充分利用，通過將接地極布置在水下或水邊，進(jìn)一步降低接地電阻。

2.4.5 更換土壤 對(duì)于原有電阻率較高的土壤，利用電阻率較低的土壤進(jìn)行取代，其置換范圍控制在接地體周圍0.5m 內(nèi)。

2.4.6 人工處理土壤 通過人工的方式，將食鹽、木炭等化學(xué)物加入到接地體周圍的土壤中，提高接地體周圍土壤的導(dǎo)電性。

3 結(jié)束語

綜上所述，輸電設(shè)備的路徑大部分區(qū)域?yàn)榈乩憝h(huán)境不太好的地點(diǎn)，而接地保護(hù)有是我們電網(wǎng)的重要組成部分，良好的接地裝置是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。只要我們?cè)诮拥馗脑熘心軌蛘J(rèn)真地對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境條件、地理?xiàng)l件進(jìn)行調(diào)查、分析，合理選擇設(shè)計(jì)規(guī)劃論證階段接地材料和形式，制定選擇科學(xué)合理的施工方案，在一定程度上對(duì)施工過程質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的管理，同時(shí)對(duì)輸電線路進(jìn)行精心的檢查和周期性維護(hù)，只有這樣才能長期保證輸電線路保持良好的接地性能，提高設(shè)備防雷擊能力，同時(shí)避免頻繁的改造，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用，降低接地裝置的維護(hù)工作量，從根本上防止發(fā)生電網(wǎng)雷害事故。

[1]中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T 741-2001，架空送電線路運(yùn)行規(guī)程[S].2001.

[2]中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).110-500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].1999.

[3]孟遂民，李光輝.架空輸電線路設(shè)計(jì)[M].中國三峽大學(xué)出版社，2000，10.