真型桿塔接地裝置沖擊特性研究

江全才,譚坤僑,鄧長(zhǎng)征,王　鴻,王湘漢（.三峽大學(xué),湖北　宜昌　44300;　.　中國電力科學(xué)研究院武漢分院,武漢　430074）

真型桿塔接地裝置沖擊特性研究

江全才1,譚坤僑1,鄧長(zhǎng)征1,王鴻1,王湘漢2
（1.三峽大學(xué),湖北宜昌443002;2.中國電力科學(xué)研究院武漢分院,武漢430074）

摘要：降低桿塔沖擊接地電阻是防雷的有效措施，為準(zhǔn)確分析接地裝置的沖擊特性規(guī)律，本文采用現(xiàn)有的便攜式桿塔沖擊接地電阻測(cè)量?jī)x，選取實(shí)際線路桿塔接地裝置注入模擬雷電沖擊電流的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，測(cè)量了桿塔接地裝置的模擬雷電流的電流電壓波形，分別采用夾角法和四極法測(cè)得了桿塔的工頻接地電阻和現(xiàn)場(chǎng)土壤電阻率,分析了真型桿塔的沖擊特性；按照與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相同條件結(jié)合理論計(jì)算和CDEGS仿真分析，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算和仿真分析取得了較好的一致性。

關(guān)鍵詞：桿塔接地裝置；沖擊特性；沖擊接地電阻；CDEGS仿真；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

本文擬采用在桿塔現(xiàn)場(chǎng)借助便攜式移動(dòng)沖擊設(shè)備對(duì)真型桿塔注入雷電沖擊電流進(jìn)行試驗(yàn)研究，建立CDEGS仿真模型進(jìn)行沖擊特性的仿真分析。

1　現(xiàn)場(chǎng)沖擊試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用沖擊設(shè)備為SPD-Ⅰ型便攜式電涌保護(hù)器測(cè)試儀，是一款集組合波發(fā)生器和直流高壓發(fā)生器于一體的便攜式多功能電涌保護(hù)器（SPD）性能參數(shù)測(cè)試儀器。該測(cè)試儀可產(chǎn)生最大幅值為6kV/3kA的1.2/50μs的模擬雷擊浪涌。

分別采用0.1倍衰減的羅氏線圈和變比為72的電容式分壓器采集電流電壓信號(hào)，通過信號(hào)電纜傳輸?shù)絋DS3012C型存儲(chǔ)示波器查看波形，讀取電壓電流峰值并將波形數(shù)據(jù)以Excel格式保存到移動(dòng)存儲(chǔ)盤中。波形如圖1所示。

圖1　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電流電壓波形圖

按夾角補(bǔ)償法布置電流極和電位極，三角形法時(shí)線長(zhǎng)為100m，夾角約為30°，為了更好的使電流回流，用四根扁鋼做電流極，四根扁鋼布置成一個(gè)邊長(zhǎng)為1m的正方形，扁鋼的打入深度為1.2-1.5m。

1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

由于是對(duì)野外真型桿塔接地極進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)選擇了位于武漢市江夏區(qū)的一基剛建成還未掛導(dǎo)線避雷線的桿塔，確保了注入電流完全通過接地裝置散流。將設(shè)備運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，布置電流電壓極，搭建試驗(yàn)回路，為保證測(cè)量不受干擾，測(cè)量系統(tǒng)有一定的絕緣，將分壓器和示波器放置在環(huán)氧樹脂材料的絕緣板上。

1.2試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

接地極的工頻接地電阻和工頻接地電阻都與周邊的土壤電阻率有一定的關(guān)系，工頻接地電阻與土壤電阻率呈線性關(guān)系的，當(dāng)土壤電阻率小時(shí)，工頻接地電阻值較??；而沖擊接地電阻與土壤電阻率呈非線性關(guān)系的，在土壤電阻率較小的情況下，沖擊接地電阻增大的速度隨土壤電阻率的增大而增大，電阻率較大的情況下，沖擊接地電阻隨電阻率增加而增加的速度逐漸減小。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得的土壤電阻率如下表1所示。

表1　土壤電阻率測(cè)量結(jié)果

由表可知，當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件較好，可看作均勻土壤，土壤電阻率小于100Ω·m，具有良好的導(dǎo)電性。且土壤電阻率越小，導(dǎo)電性能越好，更有利于將雷電流泄放到大地中去。

1.3CDEGS仿真計(jì)算原理

下面給出的是計(jì)算電磁場(chǎng)時(shí)域分布的方法。時(shí)域中的標(biāo)量電壓以及電磁場(chǎng)可以通過Fourier變換求得：

為雷電涌流的頻譜，V0(ω)，E0(ω)，H0(ω)分別為未經(jīng)調(diào)制的標(biāo)量電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)的頻譜。未經(jīng)調(diào)制的電磁場(chǎng)由接于導(dǎo)體網(wǎng)的單位電流源產(chǎn)生。頻譜V0(ω)，E0(ω)，由HIFREQ模塊來計(jì)算，F(xiàn)ourier變換和Fourier反變換由FFTSES模塊來計(jì)算。

2　結(jié)論

本研究通過對(duì)220Kv線路桿塔進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)沖擊特性試驗(yàn)，同時(shí)輔以CDEGS仿真計(jì)算，對(duì)比分析真型試驗(yàn)和仿真結(jié)果，研究得出以下結(jié)論：

（1）采用現(xiàn)場(chǎng)沖擊試驗(yàn)，得到了真實(shí)桿塔接地裝置的沖擊接地電阻，因選取剛組立的220Kv鐵塔，排出了導(dǎo)線以及架空地線的干擾?，F(xiàn)場(chǎng)的土壤情況、周邊環(huán)境和天氣狀況等與實(shí)測(cè)值比較相符；

（2）沖擊接地電阻實(shí)測(cè)值與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好，因受現(xiàn)場(chǎng)干擾因素的影響存在一定的誤差，整體的變化趨勢(shì)基本一致，認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)確的；

（3）桿塔基礎(chǔ)比人工接地體埋深更深，剛組立的桿塔水泥基礎(chǔ)具有很強(qiáng)的吸濕性，使得人工接地體沖擊接地電阻比基礎(chǔ)的沖擊接地電阻更大，表明了基礎(chǔ)能在實(shí)際的散流中對(duì)人工接地體起到一定的輔助作用，從試驗(yàn)結(jié)果推斷，在高土壤電阻率地區(qū)，基礎(chǔ)接地體在散流的過程中起到更好的補(bǔ)充作用。

作者簡(jiǎn)介：江全才（1962-），男，湖北武漢人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：輸電線路工程技術(shù)。