輸電線路接地電阻問題和降阻措施淺析

劉宇平

摘要：架空輸電線路桿塔接地對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。由于桿塔接地電阻高而產(chǎn)生的雷擊閃絡(luò)事故相當(dāng)多。由于在大部分位于高原山區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，多數(shù)桿塔的接地電阻過高，且銹蝕嚴(yán)重，造成線路耐雷水平低，經(jīng)常發(fā)生雷電繞擊、反擊，使線路跳閘，進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合某高原山區(qū)220kV輸電線路工程桿塔接地施工為例，論述了工程施工過程中接地電阻偏高的影響因素，經(jīng)采用多種降阻方法，使之達(dá)到合格范圍，對(duì)防止雷擊跳閘、保證電網(wǎng)安全意義重大，以期為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);輸電線路;接地電阻;影響因素;降阻方法

1前言

隨著我國超高壓、特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展，輸電線路防雷接地的重要性日益突出，但是高土壤電阻率地區(qū)的接地問題多年來一直沒有徹底解決。一方面，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，由雷擊輸電線路引起的事故時(shí)有發(fā)生，尤其在雷電活動(dòng)頻繁、土壤電阻率高和地形復(fù)雜的高原山區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高。另一方面，隨著電力系統(tǒng)容量的迅速增加，輸電線路發(fā)生單相接地故障時(shí)的短路電流也越來越大，從而流經(jīng)地線的短路電流也越來越大，為了滿足地線熱穩(wěn)定的需要，就要采用單位長(zhǎng)度電阻較小的地線，從而導(dǎo)致地線的截面過大。特別是隨著OPGW復(fù)合光纜在電力系統(tǒng)中的廣泛使用，這一問題越來越突出。特別是在我國西北地區(qū)，氣候干燥，降水稀少，輸電線路路徑又大多選擇在高寒山區(qū)，工程區(qū)出露基巖類型較多，而位于山區(qū)的送電線路，由于土壤電阻率高、地形、地勢(shì)復(fù)雜，交通不便施工難度大，桿塔接地電阻普遍偏高。因此，如何有效地解決高原山區(qū)接地電阻超標(biāo)的問題，降低高海拔山區(qū)復(fù)雜地形條件下輸電線路接地電阻接地電阻是電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、驗(yàn)收共同面臨的問題，降低桿塔接地裝置的接地電阻具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 影響接地電阻的主要因素

2.1 地質(zhì)條件因素

輸電線路所處的地質(zhì)條件對(duì)接地電阻影響較大，通過對(duì)不同地質(zhì)條件下輸電線路接地電阻大小的研究，主要表現(xiàn)在一下三個(gè)結(jié)論：①土壤電阻率和輸電線路的桿塔接地電阻是正比例關(guān)系，所以土壤電阻率偏高是導(dǎo)致桿塔接地電阻超標(biāo)的一個(gè)主要原因。②當(dāng)輸電線路處于地形復(fù)雜的山地地區(qū)時(shí)，個(gè)別桿塔所處的位置受到限制，其接地極的放射長(zhǎng)度不達(dá)標(biāo)，也是造成接地電阻超標(biāo)的一個(gè)因素。③架空線路桿塔所處位置的土質(zhì)結(jié)構(gòu)如果變化比較大，也會(huì)影響到桿塔接地電阻的大小。

2.2 施工方面的原因 輸電線路施工線長(zhǎng)面廣，各處土壤及地質(zhì)環(huán)境又不盡相同，加上部分施工人員施工工藝水平參差不齊，并缺乏必要的監(jiān)督，造成施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。①施工中最常見的問題是接地裝置埋深不夠，特別是在山區(qū)、巖石地區(qū)等開挖較困難的地段更是如此。接地體埋得越淺，在散流時(shí)靠近地面部分的電流線受地面的影響，不能直線伸展而呈曲線狀，使電流線方向發(fā)生改變，即靠近地面部分的電流線密度加大，接地體不能充分散流，因而呈現(xiàn)的沖擊接地電阻就越大;同時(shí)越靠近地表的土壤受氣候的影響越容易干燥，土壤電阻率也越高，并且由于其含氧量也較高，對(duì)接地裝置的腐蝕情況也較嚴(yán)重，這也會(huì)使沖擊接地電阻偏高。②施工中接地回填土往往達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，尤其在巖石地段施工時(shí)，由于取土困難，部分施工人員直接用開挖出的碎石回填，回填后又未夯實(shí)，不僅加大了接地體和土壤間的接觸電阻，而且經(jīng)雨水沖刷后回填土?xí)魇В踔猎斐山拥伢w裸露于地表。

2.3降阻劑的不當(dāng)使用

降阻劑在滁州地區(qū)前幾年使用較多，特別是一些山區(qū)和地下有巖石的地區(qū)，效果非常明顯。設(shè)計(jì)、施工前應(yīng)了解架空輸電線路的接地情況，同時(shí)明確線路接地所要達(dá)到的目的，以確保能夠根據(jù)工程實(shí)況選擇合適的降阻劑。在實(shí)際工程中，有時(shí)在進(jìn)行中沒有對(duì)工況進(jìn)行實(shí)地勘察，隨意選用降阻劑，雖然在短期內(nèi)能起到降阻作用，但是隨著化學(xué)降阻劑隨雨水流失，并加速接地體的腐蝕，尤其是在雨季，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過后接地電阻會(huì)迅速反彈，并縮短接地體的使用壽命。此外，因降阻劑大多具有比土壤高的腐蝕電位所以對(duì)所有的接地體都應(yīng)均勻的包裹在降阻劑中間，不允許有脫節(jié)，或接地體外露的現(xiàn)象，因?yàn)檫@樣會(huì)造成腐蝕電位差不同，引起電化學(xué)腐蝕，這已為大量的工程實(shí)踐所證實(shí)。

2.4桿塔接地裝置設(shè)計(jì)不合理

在高土壤電阻率的山區(qū)，有些桿塔接地裝置的設(shè)計(jì)不合理，主要體現(xiàn)在：①接地裝置的形式選用不恰當(dāng)，接地體面積過小，設(shè)計(jì)中未對(duì)每基桿塔的現(xiàn)場(chǎng)地形、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、射線敷設(shè)走向、長(zhǎng)度等進(jìn)行分析，未針對(duì)每一基桿塔出具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)圖紙，過于粗放的設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致在實(shí)際施工中無法達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。②所選用的接地體材料不耐腐蝕，各個(gè)接地極布置不合理、相互間的屏蔽作用較顯著。③設(shè)計(jì)計(jì)算過于簡(jiǎn)化，未考慮裕度接地電阻設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算過于簡(jiǎn)化，即沒有進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，又沒有考慮針對(duì)不同情況留取相應(yīng)裕度，使得設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果跟實(shí)際情況偏差較大。

3降低接地電阻的主要措施

3.1土質(zhì)改良

通過改良土壤來降低土壤電阻率是較為常用的方法，主要是通過替換土壤和在土壤中加入工業(yè)鹽水等化學(xué)物質(zhì)來增加土壤導(dǎo)電性。但是這兩種方法都存在一定的弊端，如前者的經(jīng)濟(jì)性較差，增加了運(yùn)輸和施工的成本，而后者的時(shí)效性較短，且會(huì)對(duì)接合現(xiàn)場(chǎng)地體的使用壽命及可靠性造成影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)施工時(shí)要結(jié)情況進(jìn)行選擇。

3.2深埋接地極

采用深埋式接地極如果地下較深處的土壤電阻率較低，可以采用深埋式接地極，在選擇埋設(shè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意：盡量選擇地下水較豐富或地下水位較高的地方;桿塔附近如有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長(zhǎng)或擴(kuò)大人工接地體的幾何尺寸;可利用山巖的裂縫，插入接地極并灌入降阻劑;在凍土區(qū)，接地體應(yīng)埋在凍土層以下。

3.3科學(xué)設(shè)計(jì)

做好桿塔接地在架空輸電線路中，桿塔自身的接地情況直接影響著線路整體的防雷性能，需要得到足夠的重視。為了盡可能減少線路遭受雷擊的概率，在對(duì)線路桿塔進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該做好沿線環(huán)境以及氣候條件的調(diào)查工作，分析雷電活動(dòng)分布的區(qū)域以及雷擊發(fā)生的頻率，對(duì)輸電線路桿塔進(jìn)行合理布局和設(shè)置。不僅如此，還應(yīng)該對(duì)桿塔所處區(qū)域的土壤電阻率進(jìn)行測(cè)量分析，得到準(zhǔn)確的數(shù)值，為桿塔的接地設(shè)計(jì)提供可靠的參考依據(jù)。

3.4使用接地模塊

使用接地模塊也是一種非常有效的降阻方法，采用非金屬接地模塊非金屬接地模塊近年來才開始用于輸電線路桿塔接地裝置中，它由導(dǎo)電性和穩(wěn)定性較好的非金屬材料和電解物質(zhì)組成，模塊內(nèi)置金屬極心與塔材相連接。相對(duì)于金屬接地體來說非金屬接地模塊成倍地增大了接地極與土壤之間的接觸面積，減小了接地極與土壤之間的接觸電阻;同時(shí)非金屬接地模塊中電解質(zhì)滲透到土壤中，也降低了接地體周圍土壤的電阻率，改善了土壤的散流性能，從而降低散流電阻。非金屬接地模塊具有電阻率低、抗腐蝕、使用壽命長(zhǎng)和安裝方便等特點(diǎn)，特別適用于高土壤電阻率地區(qū)、或受地形限制普通接地體埋設(shè)不便的特殊地段。

4 工程案例

4.1工程概況

西藏某220kV該線路所經(jīng)區(qū)域地形地貌主要以低中山地貌和山前洪積扇為主，局部為沼澤，沿線海拔在4500 - 5000m之間，地形起伏較大，氣候干燥，植被相對(duì)較差。

沿線地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，沼澤和山前洪積扇、山麓斜坡堆積地貌地段主要巖性為全新世（ Qh）粉細(xì)砂、角礫組成，主要分布于沼澤、溝口、山前地帶。由第四系粉細(xì)砂、礫砂和角礫等組成，局部上部存在淤泥質(zhì)粘性土。高山地貌地段為基巖，主要巖性有變質(zhì)片巖、砂巖、泥灰?guī)r等組成。沿線地段均為季節(jié)性凍土，土壤標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度按2.Om考慮。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，土壤電阻率具有明顯的分層現(xiàn)象，大部分區(qū)域土壤電阻率具有豎直分層現(xiàn)象：深層由于碎石土巖石影響，電阻率較表層明顯增大，地下水埋深較淺的地方土壤電阻率比周圍明顯降低，整體而言，該區(qū)土壤電阻率普遍偏高，需考慮降阻設(shè)計(jì)。

4.2 接地裝置型式選擇及設(shè)計(jì)優(yōu)化

1）在土壤電阻率D≤500Ω.m的地區(qū)，除利用鐵塔的自然接地，應(yīng)增設(shè)人工接地裝置。在雷季干燥季節(jié)，接地電阻低于15Ω。

2）土壤電阻率500 Ω·m

3）對(duì)土壤電阻率較高或腐蝕性較強(qiáng)、運(yùn)維困難地區(qū)，或山地等局部生態(tài)環(huán)境脆弱、植被恢復(fù)困難地區(qū)，建議結(jié)合塔位地形條件選擇石墨基柔性復(fù)合接地體等射線長(zhǎng)度短、施工作業(yè)面積小的接地裝置型式，必要時(shí)接地體采用方框或方框加垂直接地體的方式，以減少土地?cái)_動(dòng)。對(duì)土壤電阻率特別高的塔位建議選用石墨基柔性復(fù)合接地體，配合石墨布降阻，以達(dá)到降阻效果，且施工后應(yīng)按環(huán)保要求做好植被恢復(fù)，詳見圖4-4、4-5，離子接地極基坑開挖尺寸滿足表4.1要求。

4.3接地裝置部分施工注意事項(xiàng)

（1）接地裝置施工要嚴(yán)格按照《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》（ CB50169 - 2006）執(zhí)行，接地裝置采用鍍鋅網(wǎng)鋼為主接地體。

（2）接地裝置埋設(shè)深度一般平丘及耕種地區(qū)采用0.8m（且在耕作深度以下），山地0.6m，巖石地區(qū)0.3m，接地溝寬度0.4m。接地裝置有特殊要求時(shí)按特殊要求執(zhí)行。

（3）接地裝置方框及射線尺寸可根據(jù)具體使用鐵塔根開大小，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，但接地鋼材的總長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)值。接地體邊框與基礎(chǔ)立柱的距離應(yīng)不小于0.5m。

（4）在高土壤電阻率地區(qū)采用放射形接地裝置時(shí)，在桿塔基礎(chǔ)的放射接地體每根長(zhǎng)度的1.5倍范圍內(nèi)有土壤電阻率較低的地帶時(shí)，可采用外引接地措施。

（5）塔位附近有路、地下電纜、光纜、油氣管線、地下管線、墳?zāi)沟日系K物時(shí)，接地裝置射線需朝遠(yuǎn)離障礙物的方向敷設(shè);

（6）在山坡等傾斜地形敷設(shè)水平接地體時(shí)，宜沿等高線開挖，接地溝地面應(yīng)平整，深溝不得有負(fù)誤差，并應(yīng)清除影響接地體與土壤接觸的雜物，以防止接地體受雨水沖刷外露，腐蝕生銹;水平接地體敷設(shè)應(yīng)平直，以保證同土壤更好接觸。

（7）鐵塔接地裝置與臨近設(shè)施接地體接近時(shí)，為防止反擊，兩接地體的最近距離不宜小于5m。

（8）鍍鋅圓鋼接地體、接地引下線均采用熱鍍鋅φ12圓鋼，接地引下用012網(wǎng)鋼長(zhǎng)度不夠時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況用φ12圓鋼加長(zhǎng)。全部聯(lián)接處均雙面焊接，其搭焊長(zhǎng)度不小于100mm。焊接處及周圍被氧化部位采取防腐措施，涂二道鋅黃底漆，二道瀝青漆。接地線與桿塔的連接應(yīng)接觸良好可靠，并應(yīng)便于打開測(cè)量接地電阻。

（9）安裝接地模塊時(shí)，模塊周邊用細(xì)土加水做鋪墊或覆蓋，厚度大于0.1m，再用7：3土石回填，夯實(shí)后澆水，使模塊與土壤緊密接觸;接地模塊安裝應(yīng)采用水平敷設(shè)方式，模塊間距參考接地圖示意距離，無法滿足時(shí)要求不小于5m。

（10）采用其他接地裝置時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)露出高度超過1.5米的塔位，對(duì)應(yīng)接地引下線采取固定措施。接地引下線固定預(yù)埋件安裝時(shí)需可靠固定，且應(yīng)安裝平直。按風(fēng)車布置，方向同接地孔。基礎(chǔ)爬梯設(shè)置時(shí)，需避開接地引下線。

（11）驗(yàn)收時(shí)應(yīng)保證實(shí)測(cè)電阻值乘以土壤季節(jié)系數(shù)后不大于允許的工頻電阻值。當(dāng)測(cè)量時(shí)土壤較干燥，季節(jié)系數(shù)取1.3，較潮濕則取1.6。

（12）接地安裝須按照《國家電網(wǎng)公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)化工藝》的要求執(zhí)行。

5 結(jié)語

輸電線路桿塔接地降阻處理對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，無論接地設(shè)計(jì)人員、施工、監(jiān)理還是業(yè)主，在實(shí)際工程中都應(yīng)以降低沖擊接地電阻為目的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、地層巖性、土壤電阻率特征和場(chǎng)地周邊相關(guān)地質(zhì)條件等情況，經(jīng)過工程綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，經(jīng)采用多種綜合措施、因地制宜，選取符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的安全、可靠的降阻技術(shù)，把雷擊造成的跳閘事故降到最低。以此做出切合實(shí)際的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行精心的施工，加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，才能收到理想的防雷效果。讓輸電線路更加堅(jiān)強(qiáng)可靠，更好地為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王魁業(yè).淺析輸電線路防雷技術(shù)分析及維護(hù)措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（ 28）：62+66

[2]史玉玲.220kV高壓輸電線路防雷接地技術(shù)探析[J]山東工業(yè)技術(shù)，2017（ 17）：197.

[3]懈廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M]北京：中國水利水電出版社，1991

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CB 50169-2016電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2016.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50065-2011交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

【6]中華人民共和國國家發(fā)展與改革委員會(huì).DL/T 475-2017接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2017.