山區(qū)輸電線路降低桿塔接地電阻的方法研究

朱雪凌，張 娟，平 增，張 偉

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045;2.中平能化集團平煤股份八礦，河南 平頂山 467012)

電力輸電線路在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它分布地域廣闊，極易遭受雷擊［1］.據(jù)110 kV，220 kV 線路雷害事故調(diào)查可知:極易發(fā)生雷擊故障的桿塔，大都接地電阻偏高［2］.那么，分析桿塔接地電阻偏高的原因并采取有效的降阻措施對提高線路防雷性能，保證線路安全穩(wěn)定運行就至關(guān)重要.為此，針對某山區(qū)110 kV 易擊線路段易擊桿塔接地電阻偏高的問題進行深入分析研究，提出一種新的降阻方法.即在接地裝置周邊補充“樹杈狀”水平接地極的降阻方法，應(yīng)用于本易擊線路段超標桿塔的接地電阻改造中，并對其改造效果進行評價分析，有效地解決了接地電阻超標的問題，也為高海拔山區(qū)復(fù)雜地形條件下輸電線路接地電阻的降阻措施提供了一個可行性方案.

1 山區(qū)輸電桿塔接地電阻超標的原因及常用降阻措施分析

導(dǎo)致輸電桿塔接地電阻超標的原因很多，主要包括地形地質(zhì)、勘探設(shè)計、施工及接地電阻測量方面的原因.在地形地質(zhì)方面，山區(qū)海拔高，地形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，桿塔周圍土質(zhì)差，土壤電阻率高，鐵塔的接地極及接地引線銹蝕嚴重［3］，致使接地電阻超標;在勘探設(shè)計方面，可能存在設(shè)計人員未對每基桿塔進行認真勘探測量而是套用典型設(shè)計的情況，造成部分桿塔接地電阻偏高［4］;在施工方面，由于不按圖施工，接地體深埋不夠以及回填土不按要求回填等問題［5］的存在，使接地電阻超標.在接地電阻測量方面，由于采用的測量方法太多，而其輔助接地極的埋入深度、探針選的地質(zhì)位置等因素都會直接影響接地電阻值的測量準確度.因此，應(yīng)從多方面著手努力，為電力系統(tǒng)的安全運行提供可靠保障.

目前降低桿塔接地電阻采取的主要措施有:水平外延接地體、爆破接地技術(shù)、接地電阻降阻劑、深埋式接地極和用接地模塊代替接地裝置5 種方法.其中，水平外延接地是一種較好的降阻方法，但其鋪設(shè)方式常受桿塔所在地形的限制，同時也會破壞山上的植被，在一定程度上增大了清償數(shù)額［6］.而爆破接地技術(shù)雖然非常適用于山巖地區(qū)，但其工程造價高，施工過程相對麻煩，同時對桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性也有一定的影響［7］.采用降阻劑降阻的方法，因降阻劑對接地體的腐蝕性和隨水流失性都比較嚴重，無形中增大了二次投資［8］.而深埋式接地極造價高，在山巖地區(qū)實施困難更大［9］.接地模塊雖然也可以顯著降低接地電阻，但其滲透和擴散作用較差，同時，價格昂貴也使其在推廣上受到一定的限制［10］.

2 工程改造實例分析

2.1 工程概況

某縣地形復(fù)雜，大氣條件惡劣，輸電線路走廊多為山區(qū)，且土壤電阻率很高.以該縣電業(yè)局易擊線路段某110 kV 線路為例，該線路全長39.73 km，導(dǎo)線采用LGJ－ 300，避雷線采用GJ－ 50，地線采用OPGW 光纖復(fù)合架空地線.全線路共96 基鐵塔，85%的鐵塔位于高山上，其中50%位于礦區(qū)，線路鐵塔主要采用大開挖基礎(chǔ)和直柱式全掏挖基礎(chǔ);以此易擊線路段38#，54#和57#易擊鐵塔為例進行接地電阻改造，其他桿塔改造措施可根據(jù)具體情況效仿這些桿塔.通過現(xiàn)場調(diào)研，對38#，54#和57#桿塔周邊地形進行現(xiàn)場勘查測量，具體情況見表1.

表1 易擊桿塔接地電阻值

由表1 可知，此易擊桿塔均屬于超標率較高的桿塔，故研究桿塔接地電阻的降阻措施對防雷工作意義重大.

2.2 降阻設(shè)計

在對山區(qū)輸電桿塔接地電阻超標的主要原因和常用降阻措施進行分析的前提下，對現(xiàn)場情況進行精確勘探測量，發(fā)現(xiàn)該110 kV 線路沿線都是山區(qū)，土壤電阻率高，雷電活動相當頻繁，桿塔基本都建于山頭或者山坡，地質(zhì)多為巖石或表面土層很薄，接地極的埋深很難達到0.6 m;所處地勢較高，地形坡度較大，放射形接地極很難做到在等高面上;接地裝置多使用井字型布局，違背了桿塔接地應(yīng)避免超過3條水平接地極交匯于一點的原則;而且很多桿塔的回填土蓬松稀散，這些都致使本線路段桿塔的接地電阻增加.結(jié)合實際情況，決定將一種新的降阻方法，即在接地裝置周邊補充樹杈狀水平接地極的降阻方法，作為主要的降阻措施應(yīng)用于本易擊線路段超標桿塔的接地電阻改造中，具體如圖1 所示.當然，每基桿塔具體情形不盡相同，對于具體的桿塔，可以在采取補充樹杈狀接地極的同時再輔以其他降阻措施，以達到最佳的降阻效果［11］.

圖1 樹杈狀補充射線理想情況示意圖

桿塔接地電阻［12］

式中:l 為原水平接地體總長，取540 m;h 為接地極埋深，取0.6 m;d1為接地圓鋼直徑，取0.012 m;B為屏蔽系數(shù)，取1.5;

令R'g為補充的樹杈狀水平接地體接地電阻，l'為補充的樹杈狀接地射線總長度，Rg為降阻設(shè)計后接地裝置的接地電阻.令補充的樹杈狀射線與原有的接地裝置并聯(lián)，互阻系數(shù)取1.2 加以修正.經(jīng)過降阻改造后接地裝置的接地電阻值

為了確保明顯的降阻效果，在補充接地極的同時，再使用GPF－94 降阻劑，其降阻防腐劑的降阻系數(shù)和用量見表2.

表2 GPF－94 降阻防腐劑的降阻系數(shù)和用量

2.2.1 38#桿塔降阻設(shè)計

對于38#桿塔來說，由于其接地電阻測量值為25.2 Ω，則由式(1)可計算出等效均勻土壤電阻率ρ=2 234.37 Ω·m.同時，由式(2)可知:補充的樹杈狀水平接地體接地電阻R'g=24.8 Ω，然后將ρ 和R'g代入式(1)便可得到38#桿塔接地裝置應(yīng)補充的樹杈狀接地射線總長度l'為249 m.同時，為了確保明顯的降阻效果，通過表1 所列出的GPF－94 降阻劑的降阻系數(shù)和用量，還可以求出一系列接地極總長，具體見表3.

表3 38#桿塔補充接地極射線總長和降阻劑總量

綜合考慮38#桿塔所處位置的具體地形、降阻劑成本、放射線難度等因素，分析比較上述計算結(jié)果，選取補充樹杈狀射線總長88 m，降阻劑總量2.64 t，作為38#鐵塔的降阻設(shè)計方案.為了留有裕度，將補充射線總長定為90 m，然后均分為6 段與原接地射線焊接，并在每段補充射線末端打上短垂直接地極，具體如圖2 所示.

圖2 38#桿塔實際接地補充樹杈狀射線示意圖

2.2.2 54#桿塔降阻設(shè)計

同理可知:對于54#桿塔來說，其等效均勻土壤電阻率ρ=3 486.24 Ω·m，補充的樹杈狀水平接地體接地電阻R'g=19.91 Ω，應(yīng)補充的樹杈狀接地射線總長度l'為530 m，其一系列接地極總長和降阻劑總量見表4.

綜合考慮54#桿塔的具體因素，選取補充樹杈狀射線總長136 m，降阻劑總量6.12 t，作為54#鐵塔的降阻設(shè)計方案.為了留有裕度，將補充射線總長定為138 m，具體如圖3 所示.

表4 54#桿塔補充接地極射線總長和降阻劑總量

圖3 54#桿塔實際接地補充樹杈狀射線示意圖

2.2.3 57#桿塔降阻設(shè)計

同理可得:對于57#桿塔來說，其等效均勻土壤電阻率ρ=3 798.79 Ω·m，補充的樹杈狀水平接地體接地電阻R'g=17.58 Ω，應(yīng)補充的樹權(quán)狀接地射線總長度l'為670 m.其一系列接地極總長和降阻劑總量見表5.

表5 57#補充接地極射線總長和降阻劑總量的統(tǒng)計表

綜合考慮57#桿塔具體情況，選取補充樹杈狀射線總長118 m，降阻劑總量8.26 t，作為57#鐵塔的降阻設(shè)計方案.為了留有裕度，將補充射線總長定為120 m，具體如圖4 所示.

圖4 57#桿塔實際接地補充樹杈狀射線示意圖

2.3 改造結(jié)果

通過本次的輸電線路鐵塔接地技術(shù)改造，此110 kV 易擊線路段已改造鐵塔的接地電阻明顯改善，且經(jīng)過1 a 的運行，各改造鐵塔接地裝置均達到技術(shù)改造的目的，雷擊率明顯下降，為雷雨季節(jié)線路安全穩(wěn)定運行提供了可靠的保障.具體以此易擊線路段38#，54#和57#易擊鐵塔為例來說明問題，其剛改造前后的接地電阻對比結(jié)果見表6，運行1 a 后的接地電阻對比見表7.

表6 剛改造前后接地電阻值

表7 運行1 a 后接地電阻值

3 結(jié)語

對某山區(qū)輸電桿塔接地電阻超標的主要原因和常用降阻措施進行分析后，以某山區(qū)110 kV易擊線路段易擊桿塔為例，將一種新的降阻方法，即在接地裝置周邊補充樹杈狀水平接地極的降阻方法，作為主要的降阻措施應(yīng)用于本易擊線路段超標桿塔的接地電阻改造中，且將其改造效果進行評價分析.改造結(jié)果證明:此方法切實可行，具有明顯的降阻效果，不僅有效地解決了接地電阻超標的問題，為電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供強有力的保證，也為高海拔山區(qū)復(fù)雜地形條件下輸電線路接地電阻的降阻措施選擇提供了可行性方案.

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