輸電線路桿塔接地降阻措施研究

解廷春XIE Ting-chun

（國網(wǎng)山西省電力公司朔州供電公司，朔州 036002）

（State Grid Shanxi Electric Power Company Shuozhou Power Supply Company，Shuozhou 036002，China）

1 接地電阻的重要性

①對于輸電設備來說，通過接地處理，在一定程度上可以有效防止人身遭受電擊、設備和線路遭受損壞等事故的發(fā)生，進一步確保電力系統(tǒng)的正常、平穩(wěn)運行。近年來，因接地網(wǎng)不能滿足要求，進而引起設備損壞事故，在國內(nèi)許多地區(qū)頻繁連續(xù)，在引發(fā)電網(wǎng)事故的各種因素中，雷擊是主要的自然災害之一，通常情況下，在電網(wǎng)事故中，雷擊事故超過50%。在這種情況下，接地裝置的科學性、合理性是輸電線路防雷的重要舉措。

②在防雷中，接地裝置的作用。對于雷電事故來說，其破壞作用通常情況下是由雷電流造成的，通過熟悉了解接地裝置出現(xiàn)的最大電位，在一定程度上可以有效防止雷擊事故的發(fā)生。一般來說，雷電流通過單根引下線的全部電壓降利用下列公式可以進行計算：

式中i——雷電流，（kA）；

Rch——接地裝置的沖擊電阻，（Ω）；

L0——單位長度的電感，（μL/m）；

l——接地引下線的長度，（m）；

UFJ——電壓降，（kV）；

di/dt——雷電流的陡度，（kV/μs）。

2 常見的雷擊故障及防雷措施

2.1 輸電線路桿塔雷電的“直擊”和“繞擊”電網(wǎng)的事故中以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷電故障為主。根據(jù)運行記錄，架空輸電的供電故障一半是雷擊引起的，所以研究其故障及其預防是非常重要的。

在雷擊故障中，直擊雷比較常見，這種故障是指帶電云層與大地上某一點發(fā)生放電現(xiàn)象。直擊雷的威力比較大，通常情況下，雷電壓可達幾萬伏，甚至幾百萬伏，瞬間電流高達十幾萬安，在雷電通路上，高溫能夠燒傷甚至融化物體會。雷閃擊中架空輸電線路運行中帶電導線，稱為輸電線路直接雷擊，塔頂及塔頂附近的避雷線容易受到直擊雷的影響，容易導致該塔一相或多相瓷瓶發(fā)生閃絡。另一種是繞擊雷，所謂繞擊雷是繞過避雷線擊中導線，在大跨越檔和線路周圍空曠地區(qū)容易發(fā)生繞擊雷故障。通常情況下，繞擊雷容易造成邊相瓷瓶串閃絡，該邊相應該是迎著雷云走向的一側，當雷電流比較大時，繞擊雷擊中導線后，雷電流可以沿導線兩側進行傳遞，造成該檔相鄰的桿塔同相瓷瓶發(fā)生串閃絡，當較大的雷電流繞擊在一側桿塔的導線上時，一般會造成該塔的瓷瓶發(fā)生串閃絡，如果雷電流過大，在通過桿塔入地時造成塔頂電位高，同樣可以引起反擊，進而在一定程度上造成其它相瓷瓶發(fā)生閃絡。

2.2 輸電線路桿塔雷電的“反擊”雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對帶電的導體放電稱為反擊。發(fā)生雷害事故的桿塔往往為接地電阻偏高的桿塔，而且容易發(fā)生在雷害事故較多的線路上，通常情況下都是若干基桿塔接地電阻連續(xù)偏高，或者存在大跨越、大檔距。在這些地方發(fā)生反擊，是因為這些地段，一旦桿塔遭受雷擊，相鄰桿塔就不能進行有效的分流，而大部分的雷電流流過被擊桿塔，受接地電阻較高的影響和制約，進而造成較多的塔頂電位，一旦絕緣子串兩端的電位差超過絕緣子中的50%沖擊放電電壓時，在這種情況下，絕緣子發(fā)生擊穿——即“反擊”所致，當雷擊塔頂時，塔頂電位為：

式中，Up、Rch、it、Lt分別為塔頂電位（V）、桿塔沖擊接地電阻（Ω）、流過被擊桿塔的入地電流（A）、桿塔的等值電感（H）。

如果塔頂電位為Up，那么與之相連的避雷線的電位同樣為Up，由于避雷線與導線的電磁耦合作用，進而在導線上將出現(xiàn)耦合電位KUp，其中K 為耦合系數(shù)。在這種情況下，如果遭受雷擊，空間電磁場會突然變化，在導線上會出現(xiàn)感應過電壓，其幅值為，當雷電流達到幅值時，這時感應雷電壓達到最大，即

此時，導線電位等于其耦合電位與感應雷電壓之和：

式中k0為導線對避雷線的幾何耦合系數(shù)；hs為避雷線的平均高度，（m）；hc為導線對地平均高度，（m）；a 為感應過電壓系數(shù)，（kV/m）；t 為時間，（s）；τf 為雷電流波頭時間，（μs）。此時作用在絕緣子串電壓Um為桿塔塔頂電位Up與導線電位Uc之差，即

式中，ha為導線高度，（m）；β 為桿塔分流系數(shù)，即桿塔電流與雷電流之比值，β=。

對于Um來說，通常情況下會隨著雷電流的增大而逐漸增大，當Um超過絕緣子的50%沖擊放電電壓時，絕緣子在這種情況下將會發(fā)生擊穿放電，也就是所謂的“反擊”。“反擊”一方面與雷電流的大小有關，另一方面與桿塔電感、桿塔沖擊接地電阻和相鄰桿塔的沖擊接地電阻有關。

2.3 輸電線路的防雷措施 目前，為了確保輸電線路的安全平穩(wěn)地運行，通常情況下，通過安裝避雷線、安裝線路避雷器、采用差絕緣方式、增強線路絕緣、安裝耦合地線、降低桿塔接地電阻等多種措施，對輸電線路進行防雷處理性。將避雷線安裝在高壓輸電線路的上方，在目前情況下，這是防止雷擊的主要措施。一套完整的防雷裝置，通常情況下主要包括：接閃器（避雷線）、引下線、接地裝置。對于避雷線來說，其避雷原理是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，進而在一定程度上對線路進行保護，防止其遭受雷擊。通過進行綜合分析運用，依靠架設在桿塔頂端的避雷線，其運行維護工作中主要是對桿塔接地電阻的檢測及改造，是簡單而有效得方法，可以達到防雷要求和目的。只要我們采用合理的接地改造措施，綜合考慮（土壤電阻率、土層結構、土質情況、含水情況、季節(jié)因素、氣候，施工質量、人為因素等）因素，從防止雷擊形式的根本出發(fā)，就能真正做到切實可行而又能收到實際效果。

2.4 接地降阻的技術措施

2.4.1 對接地體進行水平外延處理，在地理環(huán)境允許的情況下，需要水平放射接地體。這是因為，通過對接地體進行水平放射，一方面可以有效地降低工頻接地電阻，另一方面可以有效降低沖擊接地電阻。通過降低接地電阻，在一定程度上可以有效地防雷。對于接地體來說，通常情況下，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，進一步確定水平放射的形狀和方位。對于接地體水平放射的長度，可以根據(jù)要求來確定，但是，在水平放射長度1.5 倍范圍內(nèi)，如果土壤電阻率較低，在這種情況下，可以通過外引接地的方式進行處理，進一步對水平接地體進行延伸。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，當增加水平接地體的長度時，會進一步增加電感的影響，同時增大沖擊系數(shù)。隨著接地體長度的不斷增加，當增加到一定程度后，沖擊接地電阻會隨著接地體長度的增加而增加。對于接地體來說，其有效長度如表1 所示。

表1 在不同土壤電阻率下的水平接地體有效長度

2.4.2 深埋式接地極 在處理接地體的過程中，如果地下土壤或水的電阻率較比較低，在這種情況下，可以通過深埋接地極的方式，進一步降低接地電阻。對于含砂土壤來說，這種方法最有效。如果地下較深處土壤的電阻率比較低，在這種情況下，可以通過豎井式或深埋式對接地極進行接地處理。在選擇埋沒地點時，需要注意：

①選擇地下水豐富，并且水位較高的地方。②如果桿塔附近有金屬礦體，這是可以將接地體固定在礦體上，通過礦體對人工接地體的長度進行延長。③對山巖的裂縫進行充分利用，將接地極插入裂縫內(nèi)，同時澆注降阻劑。④在北方凍土區(qū)進行施工時，通常情況下需要將接地體深埋到凍土層以下。⑤深埋接地體的間距超過20m。

2.4.3 填充降阻劑 降阻劑具有良好的強電解質和水分，這些物質具有導電性能，網(wǎng)狀膠所包圍著這些強電解質和水分，同時部分水解的膠體填充網(wǎng)狀膠體的空格，在一定程度上避免隨地下水和雨水而流失，因而能夠長期保持良好的導電性。

2.4.4 多支外引式接地裝置 在設置桿塔的過程中，如果附近有水源，并且水的導電率較低，可以對這些水源進行充分利用，通過將接地極布置在水下或水邊，進一步降低接地電阻。

2.4.5 更換土壤 對于原有電阻率較高的土壤，利用電阻率較低的土壤進行取代，其置換范圍控制在接地體周圍0.5m 內(nèi)。

2.4.6 人工處理土壤 通過人工的方式，將食鹽、木炭等化學物加入到接地體周圍的土壤中，提高接地體周圍土壤的導電性。

3 結束語

綜上所述，輸電設備的路徑大部分區(qū)域為地理環(huán)境不太好的地點，而接地保護有是我們電網(wǎng)的重要組成部分，良好的接地裝置是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證。只要我們在接地改造中能夠認真地對設備運行環(huán)境條件、地理條件進行調查、分析，合理選擇設計規(guī)劃論證階段接地材料和形式，制定選擇科學合理的施工方案，在一定程度上對施工過程質量進行嚴格的管理，同時對輸電線路進行精心的檢查和周期性維護，只有這樣才能長期保證輸電線路保持良好的接地性能，提高設備防雷擊能力，同時避免頻繁的改造，節(jié)約維護費用，降低接地裝置的維護工作量，從根本上防止發(fā)生電網(wǎng)雷害事故。

[1]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T 741-2001，架空送電線路運行規(guī)程[S].2001.

[2]中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.110-500kV 架空送電線路設計技術規(guī)程[S].1999.

[3]孟遂民，李光輝.架空輸電線路設計[M].中國三峽大學出版社，2000，10.