降低220 kV輸電線路鐵塔接地電阻值的應(yīng)用研究

劉 江

(長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430010)

高壓輸電線路桿塔接地裝置多置于遠(yuǎn)離人群的地方，在地理環(huán)境惡劣的地區(qū)，構(gòu)建輸電線路桿塔接地裝置，是較為復(fù)雜的問題。由于桿塔基礎(chǔ)土壤的不均勻性，導(dǎo)致電阻率變化大，尤其是前期勘察深度不夠，易造成設(shè)計(jì)的桿塔接地裝置電阻值偏大等問題。研究表明，在多雷區(qū)桿塔接地電阻最好能處理到10 Ω以下，可提高輸電線路的耐雷水平，從而有效地降低輸電線路雷擊跳閘率[1]。

土壤電阻率比較高的地區(qū)高壓輸電線路桿塔接地體研究，一直是熱點(diǎn)問題，目前主要研究成果集中在：①接地體新材料的研究與應(yīng)用；②通過增大接地體尺寸或增加接地體埋深來降低電阻；③改善自然接地體等。但是，對(duì)于復(fù)雜的自然條件，如何設(shè)計(jì)出技術(shù)可行、且經(jīng)濟(jì)合理的低電阻接地裝置，仍然是非常困難的事。長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院承接了非洲國家蘇丹的BABANUSA- ADILA 220 kV輸變電勘察設(shè)計(jì)項(xiàng)目，其主要工作是一條220 kV輸電線路工程的勘察設(shè)計(jì)。根據(jù)獲取的相關(guān)基礎(chǔ)資料，設(shè)計(jì)了常規(guī)的輸電線路鐵塔接地裝置，項(xiàng)目施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)部分鐵塔的接地電阻值偏高。該輸電線路業(yè)主要求所有鐵塔的接地電阻值不應(yīng)超過10 Ω，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，滿足要求的鐵塔占比72%，超出要求的鐵塔占比28%，其中嚴(yán)重超出要求的占比達(dá)2/3。為了滿足業(yè)主要求，針對(duì)接地電阻值偏高的鐵塔進(jìn)行專項(xiàng)研究，并嘗試找出降低鐵塔接地電阻的有效方法[2]。

1 高接地電阻值來源的確定方法

針對(duì)接地電阻值高的實(shí)際情況，制定了分析查找問題的三步驟，第一檢測(cè)全部鐵塔接地裝置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二歸納整理資料，尋找共性問題，理出產(chǎn)生問題的原因；第三制定產(chǎn)生問題原因的確認(rèn)方案，找出問題的主要因素。

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)

首先制訂基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)方案，對(duì)項(xiàng)目所有鐵塔的接地電阻值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并增加了接地射線埋深、長度和接地射線周圍土壤成分等特征數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分接地射線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

1.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

歸納整理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，首先列出接地射線埋深與電阻值分析表，發(fā)現(xiàn)相比接地電阻值低的鐵塔，接地電阻值高的鐵塔，其射線埋深較淺，基本為0.8 m。再列出接地射線長度與電阻值對(duì)比表，也發(fā)現(xiàn)相比接地電阻值低的鐵塔，接地電阻值高的鐵塔，其射線長度較短，多為100 m以下。

通過現(xiàn)場(chǎng)勘查獲得了祥實(shí)資料，把接地射線基礎(chǔ)的地質(zhì)條件進(jìn)行歸納整理，共有10類土壤成分，分別是：全風(fēng)化砂巖、粘土、白色砂質(zhì)粉土(出水)、白色砂質(zhì)粉土白色干砂土、黃色砂質(zhì)粉土、紅色砂質(zhì)粉土、粘土帶沙、粘土(出水)、砂質(zhì)粉土。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，接地電阻值高的鐵塔，其接地射線周圍的土壤成分多為白色砂質(zhì)粉土和黃色砂質(zhì)粉土。該土壤相比粘土更加干燥，水分含量低。

通過對(duì)比分析認(rèn)為，接地材料不足和土壤電阻率低可能為問題的主要癥結(jié)。在分析研究現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和查勘成果后，初步認(rèn)為可以通過增加接地材料、調(diào)整接地埋深和改善原狀地質(zhì)等方法來解決該問題。

1.3 高接地電阻值來源確認(rèn)

除上述三類方法外，對(duì)引起鐵塔接地電阻值高的其他原因進(jìn)行了充分論證和分析，通過原因分析圖(圖1)找出了9個(gè)末端原因。針對(duì)9個(gè)末端原因，制定了來源確定方法與標(biāo)準(zhǔn)，見表2，然后按計(jì)劃逐一實(shí)施確認(rèn)。

圖1 原因分析圖

表2 來源確定方法與標(biāo)準(zhǔn)表

本文列出二個(gè)代表性的確認(rèn)表如表3、表4。

表3 接地射線埋深不足的確認(rèn)情況與結(jié)果表

表4 表層土壤干燥的確認(rèn)情況與結(jié)果表

通過要因確認(rèn)計(jì)劃實(shí)施，最終確認(rèn)了輸電線路鐵塔的接地電阻較高的兩個(gè)要因，要因一為接地射線埋深不足，要因二為表層土壤干燥，其余均為非要因。

2 方案比選與實(shí)施

2.1 制定方案

要因確認(rèn)后，針對(duì)兩個(gè)主要原因，提出降低鐵塔接地電阻方案，見表5。

表5 降低鐵塔接地電阻值方案表

在形成基本方案的基礎(chǔ)上，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化、組合，深入分析綜合評(píng)估，形成方案評(píng)價(jià)成果，見表6。

表6 方案評(píng)價(jià)表

2.2 方案實(shí)施

2.2.1 將鐵塔基礎(chǔ)周圍的接地射線埋深加大

1)將鐵塔基礎(chǔ)周圍土壤開挖，找到已敷設(shè)好的接地射線；

2)增加少量接地射線，在鐵塔基礎(chǔ)周圍敷設(shè)一圈，形成接地環(huán)線，并與已敷設(shè)好的接地射線牢固焊接；

3)將接地環(huán)線敷設(shè)在基礎(chǔ)底部周圍，使其埋深增加由0.6 m增加至3.5 m；

4)如果遇到鐵塔基礎(chǔ)底部的土壤仍然比較干燥，則可適當(dāng)加大埋深至基礎(chǔ)底部的下方約0.5 m處，埋深增加至4 m。

2.2.2 將接地射線周圍的土壤換填為粘土

1)在施工工地周圍尋找濕潤的粘土，開挖粘土并運(yùn)至施工工地現(xiàn)場(chǎng)；

2)開挖接地射線周圍的土壤，找出已敷設(shè)好的接地射線；

3)換填為濕潤的粘土，并覆蓋住所有的接地射線，使得接地射線有效接觸到濕潤的粘土。

2.3 實(shí)施效果

對(duì)策實(shí)施后，達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)施效果比較見表7。

表7 實(shí)施效果數(shù)據(jù)對(duì)比表

3 結(jié) 語

本文通過降低220 kV輸電線路鐵塔接地電阻值的應(yīng)用研究，得出如下結(jié)論。

1)受自然條件影響，套用典型設(shè)計(jì)易造成設(shè)計(jì)偏差，發(fā)生桿塔接地電阻偏高問題，準(zhǔn)確精細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)資料是確保設(shè)計(jì)成果正確的重要前提。

2)對(duì)存在接地電阻偏高的桿塔接地裝置，提出三步驟，找出影響桿塔電阻值的要因和制定要因確認(rèn)方案。

3)通過增加接地射線埋深、增加接地射線長度、敷設(shè)接地環(huán)型線、改善原狀地質(zhì)條件等綜合措施，可將鐵塔的接地電阻值降低至10 Ω以下，為其他輸電線路工程提供了借鑒與參考。