降低輸電線路鐵塔接地電阻的技術研究與應用

王英軍，郭建平，楊易斐，務孔永，馬永峰，楊 穎

（1.國網(wǎng)河北省電力有限公司邢臺供電分公司，河北 邢臺 054000；2.河南四達電力設備股份有限公司，河南 長葛 461503）

0 引 言

輸電線路鐵塔負責輸配送電力，所以其鐵塔在接地電阻技術設計規(guī)劃方面需要做到面面俱到、技術優(yōu)越，以有效提高輸電安全可靠性。它被認為是當前國家電力技術的未來發(fā)展必然趨勢。

1 輸電線路運行的基本現(xiàn)狀概述

輸電線路在運行過程中會頻繁遭遇雷電災害，所以為了防止雷擊事故必須改善線路運行條件與運行能力，保證輸電線路安全穩(wěn)定供電。為了解決這一問題，需要對輸電線路運行防雷工作展開調研。例如，針對線路布置于山上或跨越山谷地形條件復雜的地區(qū)進行調研，因為這里容易產(chǎn)生輸電線路運行畸變問題；針對線路運行地勢較高區(qū)域展開調研，因為這里雷電活動相對頻繁，容易發(fā)生雷擊跳閘事故；針對桿塔所處位置地質條件較差區(qū)域展開調研，如果地質條件較差就會出現(xiàn)土壤電阻率偏高的問題，此時線路鐵塔在接地過程中電阻也會升高；針對桿塔周圍土質較差問題展開分析，了解其巖石分布布局，分析鐵塔接地極與引線可能存在的嚴重銹蝕問題，結合部分鐵塔接地極斷裂問題進行分析。以上幾點都重點研究了如何降低輸電線路運行中接地電阻有效技術內容，希望全面提高線路鐵塔防雷水平，確保輸電線路始終安全穩(wěn)定運行[1]。

2 輸電線路鐵塔接地技術的應用要點

為保證輸電線路網(wǎng)絡安全穩(wěn)定供電運行，必須有效防范雷電災害，提高供電安全可靠性，確保做到安全供電。在針對安全隱患進行及時調研分析過程中會發(fā)現(xiàn)，為保證供電安全必須做好多項工作，其中就包括了現(xiàn)場調研分析問題成因、技術專家溝通與網(wǎng)絡資料查閱學習掌握新技術，還需結合當前我國輸電線路鐵塔接地運行的現(xiàn)狀水平合理采用各種新設備、新技術，努力降低桿塔接地電阻，合理化提高線路防雷水平。以下具體探討了目前我國輸電線路鐵塔接地的實際電阻要求[2]。

參考《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》相關規(guī)范提出具體技術要求，合理設計、安裝與改造輸電線路鐵塔接地模式，具體數(shù)據(jù)參考表1[3]。

結合表1數(shù)據(jù)進行分析，如果輸電線路鐵塔正處于多雷區(qū)，需要聯(lián)絡重要線路，必須考慮將桿塔接地電阻控制在10 Ω以下，如此才能有效提高線路整體的雷電耐受水平。這在有效限制雷擊跳閘率和確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行方面都有好處。目前，各個變電站都在大力改造自身進出線段的前6基桿塔接地電阻，確保它們的接地電阻都在10 Ω以上，希望提出更多降低桿塔接地電阻的改造方案。

表1 輸電線路鐵塔的工頻接地電阻數(shù)據(jù)表（有避雷線路）

當然，在調研與分析工作中也及時發(fā)現(xiàn)了諸多新設備與新技術，能有效降低鐵塔接地電阻。例如對輸電線路接地極進行直接改造，像REX雷克石接地極，在降低接地電阻方面非常有效。REX雷克石作為一種接地極新技術而存在，在降低線路鐵塔接地電阻方面采用到了強度較高且無任何腐蝕性的硅酸鹽接地模塊。這一接地模塊屬于天然無機導電礦物，核心本質為高壓一體化成型的水泥凝硅酸鹽基質。采用該模塊的幼師在于降阻效果明顯增加至少25%，同時相比于傳統(tǒng)銅包鋼接地棒，可最大節(jié)省大約60%的使用成本[4]。

REX雷石的降阻原理大體上與金屬接地電阻相一致，具有較低的電阻率（0.009 0 Ω·m），導電性優(yōu)良，可形成一條良好的電子導電電流通路。它通過離子電解質導電位移進行電流放電，因此在10 Ω以下的接地電阻使用方面技術優(yōu)勢更大。REX雷石的后續(xù)降阻能力表現(xiàn)力強，在接地極釋放電流方面可實現(xiàn)與土壤電性的完全對應，且不存在電位差以及電化學腐蝕難解決問題。一般來說，采用REX雷石的鐵塔接地電阻最大長度如果為100 m，那么它的土壤電阻率應該≤5 000 Ω·m。通常情況下，可選擇在多石少土的地段選擇巖縫直接打入垂直接地極，配合炸藥埋深進行爆破處理，然后再在已爆破坑中接入鋼絞線接地極，同時在有水源位置布置水邊或者水下接地極，最后選擇用大石頭等物體壓住接地極，配合水平放射線繼續(xù)埋深，并配合高效的膨潤土降阻防腐劑，保證其電阻率ρ控制在0.35～0.45 Ω·m。整體看來其吸水性表現(xiàn)良好，粘度較大，防腐性良好，可有效保護鋼接地體。

除REX雷石以外，施入降阻劑在降阻方面表現(xiàn)也相當優(yōu)秀。在降阻劑加水后其膨脹倍數(shù)會達到原來的至少4倍，再配合接地體可增大鐵塔接地電阻有效截面面積，直接消除存在于接地體以及周邊土壤的接觸電阻。它在吸水性與保水性方面也表現(xiàn)良好，直接降低了接地體周圍的土壤電阻率，在山區(qū)、濕地等等具較高土壤電阻率的區(qū)域非常適用，降阻效果相當明顯[5]。

3 輸電線路鐵塔接地電阻項目電阻降低優(yōu)化方案分析

某供電企業(yè)的輸電線路中包含了架空避雷線與接地電阻防雷設施，主要作用是防止雷電直擊導線，保護導線。該項目中架空避雷線的基桿塔直接接地，接地電阻控制在10 Ω以內。近年來，某供電企業(yè)高壓輸電線路鐵塔多次出現(xiàn)由雷擊所造成的跳閘現(xiàn)象，主要是因為鐵塔接地電阻安裝不到位、銹蝕所致，出現(xiàn)了嚴重的接地電阻過大情況，即鐵塔頂部的架空避雷線在遭受雷擊以后雷電流無法被有效泄放，線路跳閘問題頻出?；谶@一點，某供電企業(yè)進行了深入研究分析，制定了5年一次的的電阻測量與開挖檢查維護，了解了目前鐵塔接地電阻不符合防雷要求的現(xiàn)存問題，同時深入探討了導致鐵塔接地電阻升高的5大因素。它們分別為鍍鋅鋼接地材料防腐性較差、技術人員巡視力量不足、鍍鋅鋼管接地體連接工藝復雜、鐵塔處于高腐蝕性土壤環(huán)境中、高土壤電阻率地區(qū)導致傳統(tǒng)接地材料降阻效果不佳。某供電企業(yè)在總結上述5點并參考借鑒國外同行經(jīng)驗后發(fā)現(xiàn)，鍍鋅鋼并非是理想的電塔接地降阻材料，它在運行一段時間后會出現(xiàn)明顯的材料腐蝕現(xiàn)象，基本無法滿足接地裝置的降阻運行技術要求，對鐵塔接地電阻模塊的壽命周期影響也相對較大。從另一角度來看，鍍鋅鋼雖然作為接地材料成本費用較低，但是其后期維護成本費用過高。所以某供電企業(yè)希望采用經(jīng)濟、有效降低鐵塔接地電阻的技術方案。

為有效減少設備雷擊跳閘率，提高其勞動生產(chǎn)效率，某供電企業(yè)專門開發(fā)了新型的不銹鋼包鋼接地材料，具體來說就是通過石墨降阻技術方法，配合快裝式的柔性等離子接地極形成鐵塔接地降阻技術方案組合[6]。

技術方案中采用不銹鋼，因為它的化學性能表現(xiàn)十分優(yōu)越，在所有鋼材料中電化學腐蝕性能表現(xiàn)位居第二（第一為鈦合金）。同時，不銹鋼的物理性能表現(xiàn)也十分優(yōu)越，具有耐高溫、耐低溫以及耐超低溫的優(yōu)勢特性。方案中還運用到了石墨，這是考慮到它的純度表現(xiàn)較高、重量較輕、屬于降阻劑的最佳替代產(chǎn)品。在該項目施工過程中，需要專門設計位置開挖出接地溝，再清除溝底雜物部分，將石墨均勻平整地鋪設于接地溝之內，將不銹鋼包鋼接地體平整鋪設于石墨布之上，最后素土回填完成施工過程。

某供電企業(yè)主要參考了已有的連接方式對鐵塔接地電阻設計方案進行改進，開發(fā)出了更為簡易的連接方式——壓接連接方式，可有效規(guī)避由焊接所引起的點腐蝕問題。施工設計方案中參考了柔性石墨材料與不銹鋼包鋼材料中的機械性能與電氣性能指標，主要對組合裝置樣品實施了全方位的機械性能與電氣性能研究，最終設計出了柔性石墨與不銹鋼包鋼組合接地裝置，其裝置結構與功能參數(shù)表現(xiàn)相當優(yōu)越。根據(jù)大量收集現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)進行分析，再結合施工應用場景了解到施工過程中可能會導致不銹鋼包鋼包覆層破壞的相關問題，目的是有效提高材料的防腐蝕性，確保提出較高的施工工藝技術標準[7]。

在施工后需要對新接地電阻進行復測，結果顯示改造后的接地電阻為3.4 Ω，可滿足某供電企業(yè)鐵塔接地網(wǎng)絡運行規(guī)程相關規(guī)定?？陀^講，柔性石墨降阻技術方案中的不銹鋼包鋼組合接地裝置采用到了剛性材料與土壤顆粒的點接觸技術，且它在仿真計算基礎之上設計的典型技術方案，可為某供電企業(yè)至少節(jié)省30%以上的開挖面積，大幅度縮短工期，降低施工難度，減少了大量青苗賠償費用，且設備全壽命周期內無需進行任何改造。

4 結 論

為有效降低供電企業(yè)輸電線路鐵塔接地電阻，需要研究多點降阻技術。例如本文中所談到的柔性石墨降阻配合不銹鋼包鋼組合技術方案就能達到較好的降阻效果，提高供電線路安全可靠性，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。