架空輸電線路新型石墨防雷接地裝置的應用探討

常國文，魯杰，常英龍

國網承德供電公司

架空輸電線路新型石墨防雷接地裝置的應用探討

常國文，魯杰，常英龍

國網承德供電公司

桿塔接地電阻是影響架空輸電線路耐雷水平的關鍵因素。改進桿塔接地裝置，降低接地電阻是提高輸電線路耐雷水平行之有效的方法。本文根據承德地區多年來架空輸電線路接地裝置的改造和工程情況，對多種桿塔降阻技術的應用效果進行了論述，分析了高土壤電阻率條件下，不同降阻技術的優劣，探討了新型石墨防雷接地裝置的應用優勢。

高土壤電阻率；桿塔降阻技術；耐雷水平；石墨防雷接地裝置

引言

承德地處山區，近年來雷電活動加劇頻繁，架空輸電線路因雷擊造成的故障跳閘頻發，對區域電力系統穩定構成較大威脅。由于高土壤電阻率地區比例較大，如何有效降低高土壤電阻率條件下輸電線路桿塔的接地電阻是一直努力探索的方向。本文通過多年來不同桿塔降阻技術的應用實踐，對各種桿塔降阻技術的優缺點進行了總結分析，探討適合承德地區使用的桿塔降阻技術是十分必要的。

1 承德地區環境和地質條件

承德地處河北省東北部山區，下轄三區八縣，面積3.9萬平方公里，海拔高度約300～2000米，處于華北和東北兩個地區的連接過渡地帶，北部屬七老圖山脈，為林海草原；中部屬燕山山脈，為低山丘陵；南部屬燕山山脈東段，山高谷深，年平均雷暴日數大于40天∕年，屬多雷區。地質結構呈多元化，除壩上地區有大量的玄武巖外，其他地區以礫巖、砂礫巖、片麻巖、頁巖、石灰巖和花崗巖為主，地表一般以碎石、風化巖石及巖石形成的沙粒為主。巖石風化表面覆蓋層較薄，山頂及山梁處殘積土厚度一般約為0.3米左右，其下面巖石風化層一般自上而下分為強風化層，中等風化層及微風化層。以承德地區最常見的礫巖為例，其強風化層厚度在0.6米左右。

2 土壤電阻率和桿塔接地裝置

2.1 土壤電阻率

通過對近年完成建設的“六溝-中電投、建平-大慶、都山-龍須門、天文臺-興隆工業園、周營子-灤東、隆城-郭家屯、潮河-鳳山、張家灣-山灣子”等8條110千伏輸電線路工程，共648基桿塔的土壤電阻率測量數據進行統計：土壤電阻率為300～600?·m的106基，占16.36%；600～1000?·m的123基，占18.98%；1000～2000?·m的308基，占47.53%；大于2000?·m的111基，占17.13%。其中土壤電阻率為1000?·m以上的占比達64.66%。通常情況下風化的礫巖、砂礫巖、頁巖的電阻率為1000～2000?·m，風化的石灰巖、花崗巖、片麻巖的電阻率＞2000?·m。

2.2 桿塔接地裝置

桿塔接地裝置是指埋設于土壤中與桿塔的架空地線及桿塔本體有電氣連接的金屬裝置，其作用是將雷電流引入大地并迅速擴撒，以保護線路免受過電壓危害。接地體是埋入地面以下直接與大地接觸的金屬導體，分為自然接地體和人工接地體2種，其中自然接地體只有在土壤電阻率較低（300?·m以下）的地區才有作用，在承德地區單純依靠自然接地體無法滿足要求，需加裝人工接地體。承德地區接地裝置的設計，既要滿足熱穩定的要求，又要耐受一定年限的腐蝕，一般采用水平敷設的放射型接地體，水平敷設?12圓鋼，山地埋深不小于0.6米。

3 常見桿塔降阻技術的應用

桿塔降阻技術是通過降低桿塔的沖擊接地電阻來提高輸電線路反擊耐雷水平的一種防雷技術。當桿塔接地電阻不能符合規定的電阻值時，需針對周圍環境條件、土壤和地質條件進行經濟技術比較，選用降阻技術來降低桿塔接地電阻。圍繞如何有效降低高土壤電阻率條件下桿塔接地電阻，多年來做了許多探索和嘗試。

3.1 連續伸長接地

遇到土壤電阻率超過2000?·m的情況時，線路桿塔接地電阻難以降到30?以下，相當長一段時間，采用6～8根總長度不超過500米的放射型接地體，或采用連續伸長接地體，接地電阻可不受限制。但是隨近年國網公司和冀北公司對于標準化線路建設要求（山區桿塔接地電阻值小于15?），此方法現已不使用。

3.2 外引接地

外引接地即采用引線將桿塔接地裝置引至土壤電阻率低的地段，達到降低接地電阻的目的，但規程限制了外引接地的最大長度，如土壤電阻率大于2000?·m，其值不可超過150米，而承德地區山形梁谷之差多超過150米，且處于京津北部的三北防護林地帶，需同時考慮環境保護和水土保持的要求，此方法已不合時宜。

3.3 換土

換土是把接地槽內電阻率高的土壤替換成電阻率低的黃土，以達到降阻的目的。雖然降阻效果令人滿意，但難以推廣使用。以土壤電阻率大于2000?·m的高山地段為例，1基桿塔接地槽內需換土約40m3，而承德地區黃土來源稀缺，山路崎嶇難行，需將黃土運輸至桿塔位同時將廢渣運出，所需人力和汽車運輸的費用極高，經濟性較差，此方法已不采用。

3.4 化學降阻劑

承德地區桿塔接地裝置采用化學降阻劑的時間約在八九十年代。化學降阻劑在有水分時電解質電離出帶電的離子成為導體，從而降低接地電阻。該方法使用初期效果較佳，但無水干燥時無降阻能力，且隨著水分的變化電解質逐漸流失，降阻效果會逐漸衰減至消失。化學降阻劑會對接地體圓鋼產生腐蝕，接地裝置壽命縮短，需要不定期修復，該方法難以保持長久穩定，此方法已不再采用。

3.5 接地模塊

加裝接地模塊是近年來在承德輸電線路工程中廣泛使用的降阻方法。具有性能穩定的低電阻和良好的防腐性能，無論使用壽命和降阻的長效性方面都優于降阻劑。缺點是接地模塊價格較高，易破碎運輸難；無法獨立使用，必須與圓鋼連接使用，接地裝置的壽命由圓鋼壽命決定；施工時需現場焊接；需額外增加開挖土石方量，比采用降阻劑開挖方量每基約多5.8m3。此方法經濟性、長效性和實施便捷性均不佳。

4 新型石墨防雷接地裝置

4.1 特點及優勢

新型石墨防雷接地裝置是以高純度石墨為原料，經特殊加工制成導電石墨線，然后編制而成的纜狀非金屬導電材料。質量輕（4m∕Kg），相較常規金屬接地體每基桿塔材料輕4∕5，適合山區運輸。現場安裝便捷，無需電氣焊、熱熔焊接，極大減輕施工作業難度。為柔性纜狀，可隨地勢地形條件自由彎曲，有效避讓巖石等施工困難區域，自由彎曲引向低電阻區域。耐高低溫，適合大溫差環境。具有性能穩定的低電阻和良好的防腐性能，使用壽命可達三十年。表面為網狀結構，表面積大，具備良好的導電性能，有效降低鋪設面積，減少開挖土石方量。

4.2 實用范例

2016年承德110kV寶西雙回線路改造工程共有22基鐵塔，針對該工程中土壤電阻率較高的7基鐵塔采用了新型石墨防雷接地裝置，下表是施工結束四天后實測的數據。