淺析輸電線路桿塔新型接地裝置的應用

楊曉東

摘要：輸電線路作為電力行業的基礎性設備，關系到電力輸送工作，架空輸電線路的建設是電力輸送工作中的核心。傳統的鋼材料不僅損壞率比較高，同時也容易出現腐蝕生銹的情況，石墨烯不僅具有較強的抗腐蝕性，也有一定的導電性。為滿足我國電力行業長遠發展的需要，輸電線路桿塔新型接地裝置的應用是當下發展的潮流。本文基于我國電力行業發展的實際，以桿塔新型接地裝置為切入點進行探析。

關鍵詞：輸電線路;桿塔;新型接地裝置

一、引言

隨著人民生活質量的提高，日益增長的電力負荷很大程度上影響著電力系統的靈活性和可靠性，如何才能滿足多樣化的用電需求成為我國電力行業發展的關鍵。輸電線路的接地裝置主要用來將直擊于桿塔和避雷線的雷電沖擊電流引入大地。當故障電流流經桿塔時，在接地裝置上可產生15-20千伏地電壓，此時為保證接觸電壓和跨步電壓在安全值以內所需的均壓措施，將使接地裝置的結構大為復雜化，而這在實際上并無必要。由于在不同類型的土壤中往往有著不同的接地電阻，大多數的輸電線路為達到理想的防雷效果，在桿塔的建設過程中都會將桿塔逐基進行接地。然而，輸電線路桿塔在電阻率較高的地區仍一般采用常規的接地裝置，這不僅無法保障輸電線路桿塔接地工作的質量，而且還會影響整個輸電工作的穩定性。因此，為滿足我國電力行業長遠發展的需要，輸電線路桿塔新型接地裝置的應用是當下發展的潮流。

二、柔性石墨接地材料

柔性石墨線是一種由膨脹石墨加入粘合劑與不同的纖維如棉紗、玻璃纖維和碳化纖維等增強材料，經過復合機復合、切條等工序成條狀，進入紡線機紡織而成的柔性線狀石墨產品。石墨基柔性接地材料是一種由柔性石墨線經不同編織工藝編織而成的帶狀非金屬材料，能明顯降低工頻接地電阻和不受土壤中水分、鹽、酸、堿等因素侵蝕的新型接地體。石墨基柔性接地材料作為一種新型的接地材料，具有良好的導電性、沖擊散流特性和抗腐蝕性能，同時也增強了與土壤的親和度，降低了接地極與土壤之間的接觸電阻。近年來石墨基柔性接地材料的制造技術得到了迅速提升和應用推廣，有著廣泛的應用前景。

傳統的鋼材料不僅損壞率比較高，同時也容易出現腐蝕生銹的情況。而石墨基新材料不僅具有較強的抗腐蝕性，也有一定的導電性。石墨作為一種理想的接地材料，對外部環境的負面影響比較小，同時能夠保障接地電阻值長期處于穩定狀態，自身的抗腐蝕性也比較強。同土壤之間的空隙也比較小，能夠有效降低接地裝置的接觸電阻和空氣空隙。因此，石墨基柔性接地材料是一種長效接地材料。

三、土壤電阻率與桿塔接地裝置

針對不同的需求，接地裝置可以細分為自然接地和人工接地兩種，人工接地裝置也有幾種不同形式，垂直接地廣泛應用于避雷線的集中接地;自然接地裝置由發電廠和變電所的構架基礎、混凝土桿和鐵塔基礎組成。垂直和水平接地兩種方式相結合應用于輸電線路防雷中。結合我國的相關標準來看，可以分為以下幾種型式。

當土壤電阻率ρ>2000Ω?m時，可以對連續伸長接地極和放射形接地極進行利用，數量控制在7根左右，總長度控制在500m以下;當土壤電阻率300Ω?m<ρ≤2000Ω?m時，接地極埋深需要大于0.5m，水平敷設的接地裝置應用較為廣泛;當土壤電阻率ρ≤100Ω?m時，對自然接地進行利用，結合實際需求進行調整，如果自然接地電阻符合要求，可以不再設置人工接地裝置，這種安裝策略適用于居民區;當土壤電阻率100Ω?m<ρ≤300Ω?m時，需要推進人工接地裝置的設置，同時將接地極埋深控制在0.6m以上。

技術規范中要求石墨基柔性接地材料電阻率達到和小于0.00004Ω/m，而現在一些石墨基柔性接地帶已達到了0.00003Ω/m，完全是高質量接地裝置的選用材料。而從耐腐蝕情況來看，有采用的是酸堿溶液浸72h泡后的電阻差要求小于10%，有采用的是浸泡后的質量損失小于0.1%，相比于原金屬接地材料，耐腐蝕性提高了很多。

桿塔接地裝置作用是導泄雷電流進入大地，這就避免不了談及沖擊接地電阻。一般情況把雷電流波頭時刻（t=2.6μs）接地體呈現的電阻作為沖擊接地電阻。沖擊電流相當于高頻電流，當接地體表面的電流密度達到某一數值時，會產生火花放電，在高電阻率時，火花放電的效應越強，又由于高頻電流的集膚效應，沖擊電流在地表的流動。因此，因此接地體，只要是在沖擊電流或電壓的作用下，均表現出“電感-電導”泄流過程-電阻過程。一般電阻率地區的水平長接地體，只考慮“電感-電導”泄流過程;特高電阻率地區的水平接地體還要考慮波的過程。有時為了防止末斷反射波的影響，在水平接地極的終斷應加垂直接地極。

四、降低桿塔接地電阻的應用

接地裝置和避雷線能夠引導雷電流流入大地，避免雷擊因素對電力線路正常運轉的負面影響，從而保障其積極作用的有效發揮。尤其是接地電阻值，更是控制工作中的重點，如果無法實現對接地電阻值的有效控制，可能就會出現雷電反擊現象，因為接地電阻值過大，促使避雷線產生高電位，最終塔頂的電位也會升高。因此行業工作人員要將接地電阻的控制作為工作中的關鍵。

目前，為降低桿塔接地電阻，我們已經探索了許多方法，例如連續伸長接地、外引接地、換土等。然而，由于方法的成本較高或要求過高，此類方法都已經不再使用，取而代之的是使用化學降阻劑等新興技術。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。但化學降阻劑會帶來對接地體圓鋼產生腐蝕，從而導致接地裝置的壽命降低。隨著降低桿塔接地電阻的應用，石墨基柔性接地材料在接地裝置中的應用頗為必要。石墨的穩定性、抗腐蝕性避免化學降阻劑帶來的影響，其良好的導電性也會提高接地裝置的安全性。

五、輸電線路桿塔新型接地裝置的應用前景

在輸電線路桿塔新型接地裝置的建設中，石墨基柔性接地材料有著廣泛的應用。相較之傳統的接地裝置，新型接地裝置的各項性能得到了顯著提升。它不僅能夠滿足輸電線路運行的安全性需求，也是我國電力行業持續發展的重要保障。另外，新型接地材料更加清潔。由于電力能源的大量需求，原有的鋼材料接地裝置會帶來一定的污染和能源消耗，清潔的新型接地材料的應用必將成為社會綠色發展的趨勢。隨著市場經濟的不斷發展，輸電線路接地裝置新型接地裝置的應用也提出了更高的要求。因此，電力行業技術的發展應當加快前進的步伐，以節能減排為前提，促進現代輸電線路進一步科學化發展。

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