利用鉗形表測量線路桿塔接地性能的可行性研究

駱長云，何智強(qiáng)，周衛(wèi)華

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

輸電線路桿塔接地網(wǎng)對電力系統(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防雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施〔1-2〕。當(dāng)雷擊桿頂或避雷線時，雷電流通過桿塔接地網(wǎng)入地。但因接地電阻偏高或接地通道不通 (接地導(dǎo)通不良)，從而產(chǎn)生較高的反擊電壓導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)，致使線路跳閘。

湖南省是多酸雨地區(qū)，腐蝕對輸變電接地網(wǎng)的危害尤為嚴(yán)重〔3〕。湖南省電力公司從上世紀(jì)90年代起至今，為摸清接地網(wǎng)的腐蝕情況及存在的問題，在雷雨季節(jié)來臨之前均對輸電線路桿塔地網(wǎng)進(jìn)行接地通道導(dǎo)通情況進(jìn)行檢查。從近3年來的檢查情況來看:湖南電網(wǎng)110 kV及以上線路雷擊跳閘事故中，由于接地電阻偏高或接地通道不通 (接地導(dǎo)通不良)造成的雷擊跳閘約占總雷擊跳閘事故率的70%。因此，認(rèn)真分析輸電線路桿塔接地問題，采取行之有效的對策，具有十分重要的意義。故而，加強(qiáng)接地裝置的安全性以及監(jiān)測的實(shí)時性，是確保輸電線路安全運(yùn)行和電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要措施之一。

1 桿塔地網(wǎng)接地電阻和接地導(dǎo)通電阻的測量

傳統(tǒng)的輸電線路桿塔地網(wǎng)接地電阻均采用ZC-8接地?fù)u表來進(jìn)行測量，此后也出現(xiàn)了GEO-XP等一系列接地電阻測試儀。使用ZC-8型是將接地線從桿塔下部接地樁解開及打輔助接地極，使被測的接地極從接地系統(tǒng)中分離，然后將電壓極及電流極按規(guī)定的距離打入土壤中作為輔助電極才能進(jìn)行測量，且所測接地電阻僅為桿塔接地裝置本身的接地電阻。

因此，基于三極法原理的ZC-8接地?fù)u表 (以下簡稱接地?fù)u表)對于測量桿塔下部地網(wǎng)接地電阻比較準(zhǔn)確，前提是必須打開地網(wǎng)與上部接地引線的連接。對于有雙接地引下線的線路桿塔，用ETCR2000鉗形表 (以下簡稱鉗形表)進(jìn)行測試，連通圖如圖1，該法實(shí)際上測量的是回路的導(dǎo)通電阻。

圖1 輸電線路桿塔接地網(wǎng)導(dǎo)通電阻測試圖

測試回路導(dǎo)通電阻時，回路中包含有接地網(wǎng)回路的導(dǎo)通電阻、接地引下線的電阻、桿塔本身的導(dǎo)通電阻。因而桿塔本身的狀態(tài)也會影響鉗形表的測試結(jié)果。圖2為利用鉗形表測量桿塔導(dǎo)通電阻時的等值電路圖。

圖2 鉗形表測量線路桿塔導(dǎo)通電阻等值電路圖

其中R1+jXg1為接地引下線回路的導(dǎo)通阻抗，R2+jXg2為輸電線路桿塔本身的導(dǎo)通阻抗，R3+jXg3為輸電線路桿塔本身的導(dǎo)通阻抗。此外，引下線與大地的接觸電阻、桿塔本身接地引下線處涂防腐漆等也是影響回路導(dǎo)通電阻的影響因素。從圖2的等值電路圖來看，利用鉗形表測量桿塔回路的導(dǎo)通電阻值較接地?fù)u表大。

若2根引下線有1根斷開或者是單接地引下線的線路桿塔，則引下線可以通過避雷線和其他桿塔地網(wǎng)與本塔地網(wǎng)構(gòu)成回路，此時測量的是接地電阻。如圖3。

圖3 輸電線路接地電阻測試原理圖

圖4為利用鉗形表測量輸電線路桿塔接地阻抗的等值電路圖。

圖4 鉗形表測量線路桿塔接地電阻等值電路圖

其中R1+jXg為欲測桿塔的接地阻抗。在接地電阻的測試回路中，還包含有避雷器阻抗 (Z=R+jX)和桿塔之間電阻的互阻抗 (在接地回路正常的情況下很小)以及其它桿塔的接地電阻并聯(lián)后的等效電阻。根據(jù)鉗形表的測試原理，實(shí)際上鉗形表測試出的電阻就是上述4個數(shù)值的和。一般來講，其測試數(shù)值是大于ZC-8接地?fù)u表數(shù)值的。

2 測量數(shù)據(jù)分析

分別用鉗形表和接地?fù)u表對湖南省內(nèi)100多基涉及不同電壓等級的輸電線路桿塔接地電阻和接地導(dǎo)通電阻進(jìn)行了測量，通過大量現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):鉗形表測量的接地電阻一般較接地?fù)u表測量結(jié)果偏大，誤差一般小于1 Ω。而鉗形表的導(dǎo)通電阻測量結(jié)果為接地?fù)u表的8～10倍。部分測試數(shù)據(jù)見表1。

從2種測試儀器的測試數(shù)據(jù)來看:鉗形表測量的導(dǎo)通電阻包含有接地網(wǎng)回路的導(dǎo)通電阻、接地引下線的電阻、桿塔本身的導(dǎo)通電阻。而接地?fù)u表僅測試部分引下線和接地網(wǎng)回路的導(dǎo)通電阻值。因而鉗形表測試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)較接地?fù)u表測試導(dǎo)通電阻大。

表2為通過利用CDEGS仿真獲取的500 kV和220 kV輸電線路桿塔本身 (鐵塔)的電阻的計算值。在仿真計算桿塔模型中，因?qū)嶋H桿塔鋼材為角鋼，而仿真軟件中導(dǎo)體為圓鋼，因此導(dǎo)體半徑通過公式r=0.44b〔1〕等效，r為等效半徑，b為角鋼寬度。導(dǎo)體材料均為鋼 (相對電阻率10，相對磁導(dǎo)率636)。桿塔模型參數(shù)如圖5。

表1 線路桿塔接地電阻導(dǎo)通電阻測量值

圖5 輸電線路桿塔真型圖 (單位:m)

不考慮線路負(fù)載及地中電流條件下，在接地引下線中串入幅值為6 mV的電壓源，仿真計算結(jié)果見表2。

表2 500 kV和220 kV輸電線路仿真計算電阻值

結(jié)合500 kV和220 kV輸電線路桿塔電阻仿真計算值以及測量實(shí)際值，分析了利用鉗形表測量輸電線路桿塔導(dǎo)通電阻值和搖表測量值存在偏差的主影響因素。一是由于輸電線路桿塔本身存在電阻值，特別是在線路運(yùn)行以后由于桿塔本身處在線路運(yùn)行環(huán)境中，桿塔頂端部分被氧化，桿塔結(jié)構(gòu)本身由于涂有防腐漆以及常年運(yùn)行后老化的一些因素也會導(dǎo)致桿塔本身的電阻值偏大，如表1中，接地良好的桿塔本身的電阻值測試范圍在10～1 000 mΩ之間。二是在測試過程中線路負(fù)載在引下線中產(chǎn)生的電流影響測試精度。表3為模擬線路流過的負(fù)載電流對測量的影響，模擬了三相線路分別通過幅值為606 A的三相對稱電流時對應(yīng)接地引下線中流過的電流。

表3 線路負(fù)載電流對測量的影響

由計算結(jié)果可見，在線路負(fù)載電流作用下，引下線中流過的電流比較大，達(dá)到100 mA，這個電流甚至大于鉗形表測量用激勵電流，無疑會嚴(yán)重影響回路導(dǎo)通測量。

總之，通過大量現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在利用鉗形表對輸電線路桿塔地網(wǎng)接地導(dǎo)通進(jìn)行測量時，只要是針對不同引下線測試桿塔回路導(dǎo)通電阻數(shù)值沒有大的偏差，并且導(dǎo)通電阻值測量值在2 Ω以下的，桿塔接地網(wǎng)本身導(dǎo)通便不存在銹斷或脫落的情況，只是桿塔接地網(wǎng)有腐蝕而已。圖6為在湖南某電業(yè)局進(jìn)行線路 (220 kV宗柏線001號)導(dǎo)通電阻測試時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通電阻嚴(yán)重偏大后現(xiàn)場開挖的圖片，也驗(yàn)證了利用鉗形表測量輸電線路桿塔導(dǎo)通的有效性及實(shí)用性。

圖6 桿塔接地裝置現(xiàn)場開挖圖

對于輸電線路桿塔的接地電阻測量，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，鉗形表和接地?fù)u表測量結(jié)果的絕對誤差基本上小于1 Ω。而事實(shí)上，接地電阻受濕度、溫度等影響非常大，接地電阻值并不是固定不變的。在日常維護(hù)中應(yīng)當(dāng)著重判斷桿塔接地網(wǎng)接地電阻是否符合設(shè)計值指標(biāo)以及結(jié)合其接地電阻和導(dǎo)通電阻值的相對變化情況判斷接地網(wǎng)是否存在故障或缺陷，而沒有必要苛求知道精確的接地電阻值。

3 結(jié)論

(1)與傳統(tǒng)的接地?fù)u表導(dǎo)通電阻值相比，鉗形表測量數(shù)值為搖表的8～10倍。

(2)線路中負(fù)載電流能在接地引下線中感應(yīng)出與測量電流相比擬的干擾電流，這可能對導(dǎo)通電阻測量產(chǎn)生明顯影響。

(3)桿塔涂防腐漆時，需加強(qiáng)桿塔與接地螺栓處油漆的處理，防腐漆涂刷的好壞，直接影響利用鉗形表測量輸電線路桿塔導(dǎo)通電阻值。

(4)鉗形表攜帶方便，操作簡單，讀數(shù)快捷，大大縮短了測試桿塔接地電阻和導(dǎo)通電阻的時間，提高了工作效率。

(5)利用鉗形表測量，可對桿塔導(dǎo)通是否存在銹斷或被偷盜的情況作出判斷，為其在線監(jiān)測發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

〔1〕解廣潤.電力系統(tǒng)接地技術(shù)〔M〕.北京:水利電力出版社，1991:27-56.

〔2〕何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)〔M〕.北京:科學(xué)出版社，2007:217-222.

〔3〕何智強(qiáng)，陳曉暉，黃宏峰，等.Q235、Q345鋼材在不同土壤環(huán)境中的腐蝕特性〔J〕.電力建設(shè)，2011，32(5):91-94.