高土壤電阻率下桿塔地網(wǎng)沖擊降阻研究

祁玉龍，魏紹東，張進(jìn)

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

高土壤電阻率下桿塔地網(wǎng)沖擊降阻研究

祁玉龍，魏紹東，張進(jìn)

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

本文采用模擬試驗(yàn)的方法，在高土壤電阻率中研究射線添加分支類型、分支位置、分支數(shù)量和分支長度對(duì)方框帶射線接地體沖擊特性的影響。從試驗(yàn)結(jié)果可知，垂直分支的降阻效果比水平分支明顯；在射線與分支長度總和一定時(shí)，分支位于射線中間降阻效果最好，分支數(shù)量過多時(shí)會(huì)減弱降阻效果，存在一個(gè)最優(yōu)分支長度，可以較為明顯的降低沖擊接地電阻。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在高土壤電阻率地區(qū)合理添加垂直分支可以有效的降低接地體沖擊接地電阻。

高土壤電阻率；沖擊接地電阻；模擬試驗(yàn)；降阻

防雷保護(hù)是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要措施〔1〕，桿塔接地是防雷接地的重要組成部分，降低桿塔接地體的沖擊接地電阻是減小雷擊跳閘率、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要措施〔2〕，沖擊接地電阻大小直接影響線路防雷效果〔3〕。目前系統(tǒng)衡量桿塔接地性能的標(biāo)準(zhǔn)仍然以工頻接地電阻值〔4〕，由于桿塔接地體主要用于泄放雷電流，而雷電流具有電流幅值大、等值頻率高的典型特點(diǎn)，在雷電流經(jīng)桿塔流入大地時(shí)，會(huì)出現(xiàn)火花效應(yīng)和電感效應(yīng)〔5－8〕，用工頻接地電阻值來衡量其沖擊電流下接地性能的優(yōu)劣存在諸多局限性，工頻接地電阻的降阻方法并不完全適用于沖擊接地電阻〔9〕。

傳統(tǒng)的運(yùn)用于高土壤電阻率地區(qū)的降阻方法主要包括引外接地、深埋接地極、回填電阻率低的土壤或降阻物質(zhì)、延長接地極射線以及各種改進(jìn)的接地極如離子接地極等〔10〕。這些方法大多在經(jīng)濟(jì)上投入較大，或盲目追求降低工頻接地電阻，忽視了其對(duì)沖擊接地電阻的影響，對(duì)于防雷接地往往不能發(fā)揮有效的作用。

本文在高土壤電阻率環(huán)境下，針對(duì)電力系統(tǒng)輸電桿塔常用的方框帶射線接地體，運(yùn)用模擬試驗(yàn)〔11－12〕的方法，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。 在射線與分支總長度一定的條件下，研究分支布置形式、分支數(shù)量和分支長度對(duì)接地體沖擊接地電阻的影響。

1 試驗(yàn)方法

進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，接地體布置在半徑為4 m的半球形模擬槽內(nèi)，半球形槽內(nèi)模擬高土壤電阻率土壤的為較細(xì)的黃沙，填充沙的土壤電阻率為1 890 Ω·m，半球形槽壁為電流回流極。沖擊電流發(fā)生器參數(shù)為60 kV/10 kA，在試驗(yàn)過程中利用電阻和電感對(duì)波形進(jìn)行調(diào)整，從而輸出試驗(yàn)需要的電流。試驗(yàn)通過弱阻尼電阻分壓器來測量電流注入點(diǎn)的電壓波形，采集電流使用皮爾森線圈。在進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，模擬電極的尺寸不能大于模擬槽直徑的1/4，故設(shè)置模擬比n為50∶1。在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，通過皮爾森線圈測得沖擊電流的波前時(shí)間在0.08～0.14μs之間，經(jīng)過模擬比換算為4～7μs，標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波前時(shí)間為1～4μs，比較接近。桿塔實(shí)際方框帶射線接地體中，方框邊長10 m，射線長度40 m，接地體形狀如圖1所示。

圖1 方框帶射線接地體示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 分支形式的影響

為了研究分支布置形式對(duì)沖擊接地電阻影響，在射線和分支長度總和一定的情況下，對(duì)方框帶射線接地體不加分支，添加水平分支 (如圖2)和添加垂直分支 (如圖3)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，分支長度為2 m。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，3種形式的接地體沖擊接地電阻隨著沖擊電流幅值的增大而減小，添加水平分支和垂直分支的降阻比例分別為1.92%和7.12%，垂直分支降阻效果比水平要好。

圖2 方框帶射線附加水平分支接地體示意圖

圖3 方框帶射線附加垂直分支接地體示意圖

圖4 分支布置形式不同時(shí)接地體沖擊特性

2.2 分支位置的影響

對(duì)方框帶射線接地體在不同位置添加垂直分支(分支長度為2 m，如圖5)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，從圖中可以看出添加分支的位置不同，對(duì)沖擊接地電阻的影響程度也會(huì)不同。圖6是添加一個(gè)垂直分支，分別位于①，②和③點(diǎn)以及無分支時(shí)接地體的沖擊特性，當(dāng)垂直分支位于射線中點(diǎn) (②點(diǎn))時(shí)，接地體的沖擊接地電阻最小，降低比例為7.12%。圖7是附加2個(gè)垂直分支，分別位于①②，②③和①③點(diǎn)以及無分支時(shí)接地體的沖擊特性，分支位于①②點(diǎn)時(shí)，接地體的沖擊接地電阻最小，降低比例為9.03%。因此選擇合適的位置添加垂直分支，可以有降低沖擊接地電阻。

圖5 分支不同位置布置圖

圖6 垂直分支位置不同時(shí)接地體沖擊特性

圖7 兩根垂直分支位置不同時(shí)接地體沖擊特性

2.3 分支數(shù)量的影響

在實(shí)際桿塔地網(wǎng)改造中，經(jīng)常在射線上添加分支來降低接地體沖擊接地電阻，試驗(yàn)研究了添加分支數(shù)量對(duì)接地體沖擊接地電阻的影響。其沖擊特性如圖8所示。接地體的沖擊接地電阻隨著分支數(shù)量的增加而減小，從圖8分析可知，當(dāng)分支數(shù)量為3個(gè)時(shí)，其降阻效果最佳 (降阻比例為9.64%)。但是接地體的沖擊接地電阻隨著沖擊電流幅值的增大先減小后增大，添加分支可以在一定程度上減小桿塔接地體的沖擊接地電阻，但是也會(huì)影響接地體中各導(dǎo)體之間的散流，需要選擇添加合適數(shù)量的分支，不然將會(huì)增大接地體的沖擊接地電阻。

圖8 垂直分支數(shù)量不同時(shí)接地體沖擊特性

2.4 分支長度的影響

一個(gè)垂直分支位于射線中點(diǎn)接地體時(shí)，其沖擊接地體電阻最小。接地體長度一定時(shí)，分支長度與射線長度的配比影響著降阻效果。垂直分支在射線中點(diǎn)，分支長度為1 m，1.5 m，2 m和2.5 m的接地體試驗(yàn)分析。如圖9所示，接地體的沖擊接地電阻隨著沖擊電流幅值的增大而減小，沖擊接地電阻隨著分支長度的增加而減小，長度為2.5 m時(shí)降阻效果最佳 (比例為8.06%)；當(dāng)分支長度增加時(shí)，分支對(duì)沖擊接地電阻影響逐漸減小，分支長度與射線長度需要滿足合適的比例，其沖擊接地電阻最小。

圖9 垂直分支長度不同時(shí)接地體沖擊特性

試驗(yàn)結(jié)果可知，添加分支能降低沖擊接地電阻，添加垂直分支效果最好，比無分支時(shí)沖擊接地電阻最大降低了7.12%；1個(gè)分支時(shí)，分支在射線中點(diǎn)時(shí)降阻效果最好；2個(gè)分支時(shí)，分支位于射線中點(diǎn)和方框頂角時(shí)降阻效果最好，降低比例為9.03%；分支數(shù)量越多降阻效果越好，3個(gè)分支時(shí)，降阻比例為9.64%，但是分支數(shù)量過多會(huì)增加電感效應(yīng)，影響降阻效果；分支的長度越長，降阻效果越好，2.5 m分支接地電阻降低了8.06%。綜上所述，建議在方框帶射地網(wǎng)上添加2個(gè)長度適中的垂直接地極，添加位置為方框頂角和射線中點(diǎn)。

3 結(jié)論

運(yùn)用模擬試驗(yàn)方法，在高電阻率土壤中，研究線路桿塔的典型接形式，方框帶射線接地體添加分支后的沖擊特性，包括添加分支的形式、分支位置、分支數(shù)量和分支的長度對(duì)沖擊接地電阻的影響。

1)射線上添加分支可以降低接地體的沖擊接地電阻，添加垂直分支效果最好；分支添加位置對(duì)接地體的沖擊接地電阻有一定的影響，1個(gè)分支時(shí)在射線中點(diǎn)處降阻效果最好。

2)接地體的沖擊接地電阻隨著分支數(shù)量的增加而減小，但是分支數(shù)量過多反而會(huì)增加接地體的沖擊接地電阻；接地體的沖擊接地電阻隨著分支的長度增加而增加，但存在一個(gè)最優(yōu)長度。

3)在方框帶射地網(wǎng)上添加2個(gè)長度適中的垂直接地極，添加位置為方框頂角和射線中點(diǎn)時(shí)降阻效果最好。

〔1〕陳慈萱.電氣工程基礎(chǔ) 〔M〕.北京:中國電力出版社，2004.

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Research of the Resistance Reduction of Tower Grounding Devices Impulse in High Soil Resistivity Area

QI Yulong，WEI Shaodong，ZHANG Jin
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410004，China)

Reducing the transmission line tower impulse grounding resistance is an important measure to improve the lightning withstand level and the stability of power system.This paper adopts the method of simulation experiments，research the influence of branch type，branch location，branch number and branch length on the box with radiation grounding devices' impulse characteristics in high soil resistivity model.Results of the experiments showed that vertical branch is better than horizontal branch on reducing the impulse grounding resistance；the branches have a best location and an effective use of length thatcan reduce the impulse grounding resistance ineffectively.According to the results of the experiments，add verticalbranches reasonably can effectively reduce the impulse grounding resistance in high soil resistivity area.

high soil resistivity；impulse grounding resistance；simulation experiments；resistance reduction

TM862

:B

:1008-0198(2017)02-0037-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.009

2016-08-15 改回日期:2016-09-06

祁玉龍(1990)，碩士，主要從事高壓電氣試驗(yàn)研究。