輸電線路的接地技術研究

王 華

(國網四川省電力公司廣元供電公司,四川 廣元 628000)

0 引言

輸電線路是電力系統中最重要的組成部分之一,其穩定運行直接關系到電力系統的安全與可靠性。接地技術是輸電線路設計中的重要環節,其作用在于防止雷電等外部因素對輸電線路造成損害,保障線路的運行穩定。本文探討了輸電線路接地技術的工作原理和實現方法,并通過實際案例的分析和實驗數據的統計,提出未來接地技術的研究方向和需要解決的問題。

1 輸電線路接地技術應用目的和作用

隨著電力系統的不斷發展,輸電線路的安全性和穩定性已成為研究的熱點問題,接地技術是保證輸電線路安全運行的重要手段之一。在輸電線路中使用接地技術的主要目的是保護輸電線路設備和人員安全、保證設備穩定運行和社會經濟穩定發展。

其作用主要體現在以下幾個方面:第一,當輸電線路遭遇雷擊或其絕緣部分損壞時,電流可能無法正常傳導,從而產生過電壓和過電流現象,嚴重時可能導致線路燒毀甚至引發火災。通過接地技術,可以將損壞部分的電流引入大地,避免對線路造成更大的損害,從而保證線路的正常運行。第二,當工作人員在輸電線路上工作時,若人體意外接觸帶電的線路,接地技術可以將電流引入大地,降低接觸點的電壓,避免工作人員接觸到高電壓,從而保護人們的安全,避免電擊事故的發生。第三,當輸電線路設備出現故障時,接地技術可以及時將故障信息發送到控制中心,方便工作人員及時發現并處理故障,避免設備因故障而停機或損壞,提高設備的可靠性和穩定性。第四,當輸電線路發生故障時,可能會導致大面積的停電和生產中斷,給社會帶來巨大的經濟損失。通過接地技術,可以降低線路故障的概率,避免短路和火災,保證了社會的正常秩序,從而提高整個社會的生產效率和生活質量。

2 輸電線路的接地方式及工作原理

為了確保輸電線路接地技術在關鍵時刻能發揮出應有的作用,這就要求運行維護人員在輸電線路的各個工作環節中必須熟悉接地技術的接地原理、使用方法、使用范圍,并根據實際情況選擇合適的接地方式和材料。根據接地的目的和作用,接地可分為保護接地、防雷接地、工作接地、重復接地和優化接地設計5種方式。

2.1 保護接地

保護接地的主要目的是確保人身安全和設備正常運行。當輸電線路出現故障時,保護接地能有效地將漏電電流引入大地,避免對人體和設備造成危害。保護接地的工作原理為降低接地電阻和形成等電位。保護接地通過降低接地電阻,使得泄漏的電流能夠被更快速地引入大地,以此保護工作人員免受漏電電流的危害。此外,保護接地將設備外殼與大地相連,使得設備外殼的電位與大地電位相同,以防當工作人員接觸設備外殼時受到電擊的威脅。

2.2 防雷接地

防雷接地的作用是在雷雨天氣中避免雷電襲擊對輸電線路的影響,其工作原理為引導雷電和快速泄流。防雷接地通過引導雷電,將其引入大地,從而避免雷電對輸電線路的直接沖擊。此外,避雷線能夠分流,達到降低塔內電流的作用[1]。通過降低塔內電流從而避免雷電在輸電線路中產生過高的電壓,對設備造成損壞。

2.3 工作接地

工作接地的作用是保證電氣設備正常運行和避免損壞,其工作原理為穩定設備電壓和確保信號穩定。工作接地通過穩定設備電壓,使得電氣設備在運行過程中不會因電壓波動而損壞。此外,工作接地還能確保電氣設備的信號穩定傳輸,避免信號干擾和失真。

2.4 重復接地

重復接地的作用是降低設備故障率并提高安全性,其工作原理為分散電流和形成保護網絡。重復接地通過將電流分散到不同的路徑中,降低單個路徑的電流負荷,從而降低設備故障率。此外,重復接地形成的多個接地點,可以形成一個保護網絡,提高輸電線路的安全性。當某個接地點發生故障時,其他接地點仍能保持正常工作,從而確保輸電線路的穩定性。

2.5 優化接地設計

優化接地設計可以提高設備的穩定性并減少維護工作量,其工作原理為優化材料選擇、合理布局、考慮環境因素、監測和維護。首先,選擇合適的材料可以提升接地的效果,提高設備的穩定性。例如,選擇導電性能良好的材料可以降低電阻,提高泄流效果。其次,通過合理布局接地點和面積,減少電流在輸電線路中的損失,可以提高設備的效率。對于一個接地施工,當接地的土壤電阻率確定時,要想使整體的接地電阻變小,只能采取增大接地網面積的方法[2]。同時,合理的布局也能降低維護難度,減少工作量。此外,優化接地設計還需考慮環境因素,如土壤濕度、氣候條件等。這些因素會對接地效果產生影響,因此,在設計過程中應予以考慮,以確保接地效果的穩定性。最后,優化接地設計還包括建立有效的監測和維護機制。通過定期檢查和維護接地點,及時發現并解決潛在問題,確保設備的穩定運行。

3 接地系統的裝接流程

在電力系統中,接地系統的設計和裝接是一項非常重要的工作。不同接地方式的裝接流程包括確定接地方式、測量土壤電阻率、設計接地系統、準備接地材料、挖埋接地極、連接導體和測量接地電阻等方面。在實際操作過程中,應根據實際情況選擇合適的流程和方法,以保證接地系統的安全性和穩定性。同時,還需注意遵守相關規范和標準,確保操作的安全性和合法性。

3.1 確定接地方式

根據實際情況選擇合適的接地方式是接地系統設計的前提。常見的接地方式有分散接地、集中接地和混合接地等。在確定接地方式時,應考慮電力系統的規模、運行要求、地理環境、氣候條件等因素。

3.2 測量土壤電阻率

土壤電阻率是接地系統設計的重要參數之一。測量土壤電阻率可以了解土壤的導電性能,為設計接地系統提供依據。受濕度、土質成分影響,不同地方的土壤電阻率各不相同。如果架空輸電線路所處區域當中的巖石較多,那么就會導致土壤電阻率上升,有時甚至在1 000 Ω·m以上[3]。常用的測量儀器有電位降法接地電阻測試儀和鉗式接地電阻測試儀等。測量時應注意選擇合適的測量位置和方法,以保證測量結果的準確性。

3.3 設計接地系統

根據土壤電阻率測量結果,設計合適的接地系統是接地系統裝接的關鍵步驟。在設計過程中,需要考慮接地極的形狀、尺寸、材料等方面以及埋設深度、防護措施等因素。同時,還需根據實際情況選擇合適的連接方式,如焊接、壓接等。接地系統設計規格如表1所示。

表1 接地系統設計規格

3.4 準備接地材料

準備接地材料是接地系統裝接的必要步驟之一。在選擇材料時,應考慮其熱穩定、導電性能、耐腐蝕性等因素。在進行輸電線路地線的材料選擇前,首先,要考慮地線的設計安全系數大于導線的設計安全系數。其次,要考慮在+15 ℃、無風、無冰條件下,導線與地線在檔距中央的間距應不小于0.012L+1 m,其中L為檔距。保證導地線在檔中有一定的安全距離,從而保證地線對導線的防雷保護角。此外,地線應滿足熱穩定的要求,當線路發生故障時,地線上會通過很大的短路電流,使地線溫度急劇升高,很可能導致地線損壞。

常見地線類型有鍍鋅鋼絞線、鋼芯鋁絞線、鋁包鋼絞線。鍍鋅鋼絞線因為導電性能差,多用于以前的小線路,而110 kV及以上架空輸電線路應用較少。鋼芯鋁絞線和鋁包鋼絞線使用起來差不多,但由于鋁包鋼絞線具有較好的防腐性能和過載能力,現在多采用鋁包鋼絞線。

在地線型號選擇時,應參照地線所裝設導線的大小來選擇。根據電流規程,當導線型號為LGJ-185/30及以下時,地線截面在無冰區選35 mm2以上的,有冰區選50 mm2以上的;當導線型號為LGJ-185/45及以上、LGJ-400/35及以下的,地線截面在無冰區選50 mm2,有冰區選80 mm2;當導線型號為LGJ-400/50以上的,地線截面在無冰區選80 mm2,有冰區選100 mm2。

在加工材料時,應注意按照設計要求進行切割和加工,確保符合要求。同時,還需要對材料進行標記和編號,以便于后續安裝和使用。

3.5 挖埋接地極

挖埋接地極是接地系統裝接的重要環節之一。在選擇合適的土壤時,應考慮其濕度、導電性能等因素。在確定挖埋深度時,應根據設計要求和土壤情況來確定。同時,還需做好防護措施,如添加保護管等,以防止對接地極的損壞。在挖掘過程中,應注意保持溝槽的平整和溝槽內無雜物。

3.6 連接導體

連接導體是接地系統裝接的重要環節之一。在選擇連接方式時,應考慮其導電性能、機械強度等因素。常見的連接方式有壓接、焊接等。在壓接過程中,應注意選擇合適的壓接管和壓接壓力,以保證連接牢固可靠。在焊接過程中,應注意焊接質量和焊接速度的控制,避免對接頭造成損傷或影響導電性能。接地裝置如圖1所示。

圖1 鐵塔接地裝置

3.7 測量接地電阻

土壤電阻率ρ取決于土壤中導電離子濃度和含水量,導電離子濃度和含水量越低,土壤電阻率越高[4]。通過測量接地電阻可以了解接地系統的導電性能和接地效果。常用的測量儀器有數字式接地電阻測試儀等。在測量時應注意選擇合適的測量位置和方法,以保證測量結果的準確性。同時,還需對測量結果進行分析和處理,以便及時發現和解決問題。

4 接地系統應用實例及效果分析

通過上述對輸電線路接地系統的探析,筆者通過案例分析的方式選取某地區一條500 kV輸電線路作為研究對象,以此來確定接地系統實際的應用效果。該線路采用了架空地線、避雷針等接地技術措施。通過在系統調取該線路不同時間段內在采取接地技術前后的供電可靠性運行數據的統計和分析,發現采用接地技術后,該500 kV輸電線路的供電可靠性得到了顯著提高,穩定供電的時間占比逐年上升,其中第4年穩定供電時間占比達到了90%。這表明接地技術在提高電力系統供電可靠性和穩定性方面具有重要意義[5]。

5 結語

本文通過對輸電線路接地技術的探討和分析,發現該技術在保障輸電線路安全穩定運行方面具有重要意義。通過對實際案例的分析和實驗數據的統計,本文還發現采用接地技術后,供電可靠性和穩定性得到了顯著提高。雖然當前輸電線路接地技術已經取得了一定的成果,但仍存在一些問題需要進一步研究和解決,以推動輸電線路接地技術的進一步發展。未來研究方向包括:研究更優的接地裝置設計方法以提高接地效果;研究新型的接地材料以提高接地裝置的耐腐蝕性和使用壽命;研究如何通過智能化手段實現對接地裝置的遠程監控和維護等。