輸電線路接地電阻問(wèn)題和降阻措施淺析

劉宇平

摘要：架空輸電線路桿塔接地對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。由于桿塔接地電阻高而產(chǎn)生的雷擊閃絡(luò)事故相當(dāng)多。由于在大部分位于高原山區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，多數(shù)桿塔的接地電阻過(guò)高，且銹蝕嚴(yán)重，造成線路耐雷水平低，經(jīng)常發(fā)生雷電繞擊、反擊，使線路跳閘，進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合某高原山區(qū)220kV輸電線路工程桿塔接地施工為例，論述了工程施工過(guò)程中接地電阻偏高的影響因素，經(jīng)采用多種降阻方法，使之達(dá)到合格范圍，對(duì)防止雷擊跳閘、保證電網(wǎng)安全意義重大，以期為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);輸電線路;接地電阻;影響因素;降阻方法

1前言

隨著我國(guó)超高壓、特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展，輸電線路防雷接地的重要性日益突出，但是高土壤電阻率地區(qū)的接地問(wèn)題多年來(lái)一直沒有徹底解決。一方面，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，由雷擊輸電線路引起的事故時(shí)有發(fā)生，尤其在雷電活動(dòng)頻繁、土壤電阻率高和地形復(fù)雜的高原山區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高。另一方面，隨著電力系統(tǒng)容量的迅速增加，輸電線路發(fā)生單相接地故障時(shí)的短路電流也越來(lái)越大，從而流經(jīng)地線的短路電流也越來(lái)越大，為了滿足地線熱穩(wěn)定的需要，就要采用單位長(zhǎng)度電阻較小的地線，從而導(dǎo)致地線的截面過(guò)大。特別是隨著OPGW復(fù)合光纜在電力系統(tǒng)中的廣泛使用，這一問(wèn)題越來(lái)越突出。特別是在我國(guó)西北地區(qū)，氣候干燥，降水稀少，輸電線路路徑又大多選擇在高寒山區(qū)，工程區(qū)出露基巖類型較多，而位于山區(qū)的送電線路，由于土壤電阻率高、地形、地勢(shì)復(fù)雜，交通不便施工難度大，桿塔接地電阻普遍偏高。因此，如何有效地解決高原山區(qū)接地電阻超標(biāo)的問(wèn)題，降低高海拔山區(qū)復(fù)雜地形條件下輸電線路接地電阻接地電阻是電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、驗(yàn)收共同面臨的問(wèn)題，降低桿塔接地裝置的接地電阻具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 影響接地電阻的主要因素

2.1 地質(zhì)條件因素

輸電線路所處的地質(zhì)條件對(duì)接地電阻影響較大，通過(guò)對(duì)不同地質(zhì)條件下輸電線路接地電阻大小的研究，主要表現(xiàn)在一下三個(gè)結(jié)論：①土壤電阻率和輸電線路的桿塔接地電阻是正比例關(guān)系，所以土壤電阻率偏高是導(dǎo)致桿塔接地電阻超標(biāo)的一個(gè)主要原因。②當(dāng)輸電線路處于地形復(fù)雜的山地地區(qū)時(shí)，個(gè)別桿塔所處的位置受到限制，其接地極的放射長(zhǎng)度不達(dá)標(biāo)，也是造成接地電阻超標(biāo)的一個(gè)因素。③架空線路桿塔所處位置的土質(zhì)結(jié)構(gòu)如果變化比較大，也會(huì)影響到桿塔接地電阻的大小。

2.2 施工方面的原因 輸電線路施工線長(zhǎng)面廣，各處土壤及地質(zhì)環(huán)境又不盡相同，加上部分施工人員施工工藝水平參差不齊，并缺乏必要的監(jiān)督，造成施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。①施工中最常見的問(wèn)題是接地裝置埋深不夠，特別是在山區(qū)、巖石地區(qū)等開挖較困難的地段更是如此。接地體埋得越淺，在散流時(shí)靠近地面部分的電流線受地面的影響，不能直線伸展而呈曲線狀，使電流線方向發(fā)生改變，即靠近地面部分的電流線密度加大，接地體不能充分散流，因而呈現(xiàn)的沖擊接地電阻就越大;同時(shí)越靠近地表的土壤受氣候的影響越容易干燥，土壤電阻率也越高，并且由于其含氧量也較高，對(duì)接地裝置的腐蝕情況也較嚴(yán)重，這也會(huì)使沖擊接地電阻偏高。②施工中接地回填土往往達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，尤其在巖石地段施工時(shí)，由于取土困難，部分施工人員直接用開挖出的碎石回填，回填后又未夯實(shí)，不僅加大了接地體和土壤間的接觸電阻，而且經(jīng)雨水沖刷后回填土?xí)魇?，甚至造成接地體裸露于地表。

2.3降阻劑的不當(dāng)使用

降阻劑在滁州地區(qū)前幾年使用較多，特別是一些山區(qū)和地下有巖石的地區(qū)，效果非常明顯。設(shè)計(jì)、施工前應(yīng)了解架空輸電線路的接地情況，同時(shí)明確線路接地所要達(dá)到的目的，以確保能夠根據(jù)工程實(shí)況選擇合適的降阻劑。在實(shí)際工程中，有時(shí)在進(jìn)行中沒有對(duì)工況進(jìn)行實(shí)地勘察，隨意選用降阻劑，雖然在短期內(nèi)能起到降阻作用，但是隨著化學(xué)降阻劑隨雨水流失，并加速接地體的腐蝕，尤其是在雨季，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)后接地電阻會(huì)迅速反彈，并縮短接地體的使用壽命。此外，因降阻劑大多具有比土壤高的腐蝕電位所以對(duì)所有的接地體都應(yīng)均勻的包裹在降阻劑中間，不允許有脫節(jié)，或接地體外露的現(xiàn)象，因?yàn)檫@樣會(huì)造成腐蝕電位差不同，引起電化學(xué)腐蝕，這已為大量的工程實(shí)踐所證實(shí)。

2.4桿塔接地裝置設(shè)計(jì)不合理

在高土壤電阻率的山區(qū)，有些桿塔接地裝置的設(shè)計(jì)不合理，主要體現(xiàn)在：①接地裝置的形式選用不恰當(dāng)，接地體面積過(guò)小，設(shè)計(jì)中未對(duì)每基桿塔的現(xiàn)場(chǎng)地形、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、射線敷設(shè)走向、長(zhǎng)度等進(jìn)行分析，未針對(duì)每一基桿塔出具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)圖紙，過(guò)于粗放的設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致在實(shí)際施工中無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。②所選用的接地體材料不耐腐蝕，各個(gè)接地極布置不合理、相互間的屏蔽作用較顯著。③設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)于簡(jiǎn)化，未考慮裕度接地電阻設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算過(guò)于簡(jiǎn)化，即沒有進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，又沒有考慮針對(duì)不同情況留取相應(yīng)裕度，使得設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果跟實(shí)際情況偏差較大。

3降低接地電阻的主要措施

3.1土質(zhì)改良

通過(guò)改良土壤來(lái)降低土壤電阻率是較為常用的方法，主要是通過(guò)替換土壤和在土壤中加入工業(yè)鹽水等化學(xué)物質(zhì)來(lái)增加土壤導(dǎo)電性。但是這兩種方法都存在一定的弊端，如前者的經(jīng)濟(jì)性較差，增加了運(yùn)輸和施工的成本，而后者的時(shí)效性較短，且會(huì)對(duì)接合現(xiàn)場(chǎng)地體的使用壽命及可靠性造成影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)施工時(shí)要結(jié)情況進(jìn)行選擇。

3.2深埋接地極

采用深埋式接地極如果地下較深處的土壤電阻率較低，可以采用深埋式接地極，在選擇埋設(shè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意：盡量選擇地下水較豐富或地下水位較高的地方;桿塔附近如有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來(lái)延長(zhǎng)或擴(kuò)大人工接地體的幾何尺寸;可利用山巖的裂縫，插入接地極并灌入降阻劑;在凍土區(qū)，接地體應(yīng)埋在凍土層以下。

3.3科學(xué)設(shè)計(jì)

做好桿塔接地在架空輸電線路中，桿塔自身的接地情況直接影響著線路整體的防雷性能，需要得到足夠的重視。為了盡可能減少線路遭受雷擊的概率，在對(duì)線路桿塔進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該做好沿線環(huán)境以及氣候條件的調(diào)查工作，分析雷電活動(dòng)分布的區(qū)域以及雷擊發(fā)生的頻率，對(duì)輸電線路桿塔進(jìn)行合理布局和設(shè)置。不僅如此，還應(yīng)該對(duì)桿塔所處區(qū)域的土壤電阻率進(jìn)行測(cè)量分析，得到準(zhǔn)確的數(shù)值，為桿塔的接地設(shè)計(jì)提供可靠的參考依據(jù)。

3.4使用接地模塊

使用接地模塊也是一種非常有效的降阻方法，采用非金屬接地模塊非金屬接地模塊近年來(lái)才開始用于輸電線路桿塔接地裝置中，它由導(dǎo)電性和穩(wěn)定性較好的非金屬材料和電解物質(zhì)組成，模塊內(nèi)置金屬極心與塔材相連接。相對(duì)于金屬接地體來(lái)說(shuō)非金屬接地模塊成倍地增大了接地極與土壤之間的接觸面積，減小了接地極與土壤之間的接觸電阻;同時(shí)非金屬接地模塊中電解質(zhì)滲透到土壤中，也降低了接地體周圍土壤的電阻率，改善了土壤的散流性能，從而降低散流電阻。非金屬接地模塊具有電阻率低、抗腐蝕、使用壽命長(zhǎng)和安裝方便等特點(diǎn)，特別適用于高土壤電阻率地區(qū)、或受地形限制普通接地體埋設(shè)不便的特殊地段。

4 工程案例

4.1工程概況

西藏某220kV該線路所經(jīng)區(qū)域地形地貌主要以低中山地貌和山前洪積扇為主，局部為沼澤，沿線海拔在4500 - 5000m之間，地形起伏較大，氣候干燥，植被相對(duì)較差。

沿線地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，沼澤和山前洪積扇、山麓斜坡堆積地貌地段主要巖性為全新世（ Qh）粉細(xì)砂、角礫組成，主要分布于沼澤、溝口、山前地帶。由第四系粉細(xì)砂、礫砂和角礫等組成，局部上部存在淤泥質(zhì)粘性土。高山地貌地段為基巖，主要巖性有變質(zhì)片巖、砂巖、泥灰?guī)r等組成。沿線地段均為季節(jié)性凍土，土壤標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度按2.Om考慮。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，土壤電阻率具有明顯的分層現(xiàn)象，大部分區(qū)域土壤電阻率具有豎直分層現(xiàn)象：深層由于碎石土巖石影響，電阻率較表層明顯增大，地下水埋深較淺的地方土壤電阻率比周圍明顯降低，整體而言，該區(qū)土壤電阻率普遍偏高，需考慮降阻設(shè)計(jì)。

4.2 接地裝置型式選擇及設(shè)計(jì)優(yōu)化

1）在土壤電阻率D≤500Ω.m的地區(qū)，除利用鐵塔的自然接地，應(yīng)增設(shè)人工接地裝置。在雷季干燥季節(jié)，接地電阻低于15Ω。

2）土壤電阻率500 Ω·m

3）對(duì)土壤電阻率較高或腐蝕性較強(qiáng)、運(yùn)維困難地區(qū)，或山地等局部生態(tài)環(huán)境脆弱、植被恢復(fù)困難地區(qū)，建議結(jié)合塔位地形條件選擇石墨基柔性復(fù)合接地體等射線長(zhǎng)度短、施工作業(yè)面積小的接地裝置型式，必要時(shí)接地體采用方框或方框加垂直接地體的方式，以減少土地?cái)_動(dòng)。對(duì)土壤電阻率特別高的塔位建議選用石墨基柔性復(fù)合接地體，配合石墨布降阻，以達(dá)到降阻效果，且施工后應(yīng)按環(huán)保要求做好植被恢復(fù)，詳見圖4-4、4-5，離子接地極基坑開挖尺寸滿足表4.1要求。

4.3接地裝置部分施工注意事項(xiàng)

（1）接地裝置施工要嚴(yán)格按照《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》（ CB50169 - 2006）執(zhí)行，接地裝置采用鍍鋅網(wǎng)鋼為主接地體。

（2）接地裝置埋設(shè)深度一般平丘及耕種地區(qū)采用0.8m（且在耕作深度以下），山地0.6m，巖石地區(qū)0.3m，接地溝寬度0.4m。接地裝置有特殊要求時(shí)按特殊要求執(zhí)行。

（3）接地裝置方框及射線尺寸可根據(jù)具體使用鐵塔根開大小，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，但接地鋼材的總長(zhǎng)度不得小于設(shè)計(jì)值。接地體邊框與基礎(chǔ)立柱的距離應(yīng)不小于0.5m。

（4）在高土壤電阻率地區(qū)采用放射形接地裝置時(shí)，在桿塔基礎(chǔ)的放射接地體每根長(zhǎng)度的1.5倍范圍內(nèi)有土壤電阻率較低的地帶時(shí)，可采用外引接地措施。

（5）塔位附近有路、地下電纜、光纜、油氣管線、地下管線、墳?zāi)沟日系K物時(shí)，接地裝置射線需朝遠(yuǎn)離障礙物的方向敷設(shè);

（6）在山坡等傾斜地形敷設(shè)水平接地體時(shí)，宜沿等高線開挖，接地溝地面應(yīng)平整，深溝不得有負(fù)誤差，并應(yīng)清除影響接地體與土壤接觸的雜物，以防止接地體受雨水沖刷外露，腐蝕生銹;水平接地體敷設(shè)應(yīng)平直，以保證同土壤更好接觸。

（7）鐵塔接地裝置與臨近設(shè)施接地體接近時(shí)，為防止反擊，兩接地體的最近距離不宜小于5m。

（8）鍍鋅圓鋼接地體、接地引下線均采用熱鍍鋅φ12圓鋼，接地引下用012網(wǎng)鋼長(zhǎng)度不夠時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況用φ12圓鋼加長(zhǎng)。全部聯(lián)接處均雙面焊接，其搭焊長(zhǎng)度不小于100mm。焊接處及周圍被氧化部位采取防腐措施，涂二道鋅黃底漆，二道瀝青漆。接地線與桿塔的連接應(yīng)接觸良好可靠，并應(yīng)便于打開測(cè)量接地電阻。

（9）安裝接地模塊時(shí)，模塊周邊用細(xì)土加水做鋪墊或覆蓋，厚度大于0.1m，再用7：3土石回填，夯實(shí)后澆水，使模塊與土壤緊密接觸;接地模塊安裝應(yīng)采用水平敷設(shè)方式，模塊間距參考接地圖示意距離，無(wú)法滿足時(shí)要求不小于5m。

（10）采用其他接地裝置時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)露出高度超過(guò)1.5米的塔位，對(duì)應(yīng)接地引下線采取固定措施。接地引下線固定預(yù)埋件安裝時(shí)需可靠固定，且應(yīng)安裝平直。按風(fēng)車布置，方向同接地孔。基礎(chǔ)爬梯設(shè)置時(shí)，需避開接地引下線。

（11）驗(yàn)收時(shí)應(yīng)保證實(shí)測(cè)電阻值乘以土壤季節(jié)系數(shù)后不大于允許的工頻電阻值。當(dāng)測(cè)量時(shí)土壤較干燥，季節(jié)系數(shù)取1.3，較潮濕則取1.6。

（12）接地安裝須按照《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)化工藝》的要求執(zhí)行。

5 結(jié)語(yǔ)

輸電線路桿塔接地降阻處理對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，無(wú)論接地設(shè)計(jì)人員、施工、監(jiān)理還是業(yè)主，在實(shí)際工程中都應(yīng)以降低沖擊接地電阻為目的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、地層巖性、土壤電阻率特征和場(chǎng)地周邊相關(guān)地質(zhì)條件等情況，經(jīng)過(guò)工程綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，經(jīng)采用多種綜合措施、因地制宜，選取符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的安全、可靠的降阻技術(shù)，把雷擊造成的跳閘事故降到最低。以此做出切合實(shí)際的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行精心的施工，加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，才能收到理想的防雷效果。讓輸電線路更加堅(jiān)強(qiáng)可靠，更好地為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)服務(wù)。

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