淺析輸電線路桿塔新型接地裝置的應(yīng)用

楊曉東

摘要：輸電線路作為電力行業(yè)的基礎(chǔ)性設(shè)備，關(guān)系到電力輸送工作，架空輸電線路的建設(shè)是電力輸送工作中的核心。傳統(tǒng)的鋼材料不僅損壞率比較高，同時(shí)也容易出現(xiàn)腐蝕生銹的情況，石墨烯不僅具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，也有一定的導(dǎo)電性。為滿足我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要，輸電線路桿塔新型接地裝置的應(yīng)用是當(dāng)下發(fā)展的潮流。本文基于我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的實(shí)際，以桿塔新型接地裝置為切入點(diǎn)進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：輸電線路;桿塔;新型接地裝置

一、引言

隨著人民生活質(zhì)量的提高，日益增長(zhǎng)的電力負(fù)荷很大程度上影響著電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性，如何才能滿足多樣化的用電需求成為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。輸電線路的接地裝置主要用來將直擊于桿塔和避雷線的雷電沖擊電流引入大地。當(dāng)故障電流流經(jīng)桿塔時(shí)，在接地裝置上可產(chǎn)生15-20千伏地電壓，此時(shí)為保證接觸電壓和跨步電壓在安全值以內(nèi)所需的均壓措施，將使接地裝置的結(jié)構(gòu)大為復(fù)雜化，而這在實(shí)際上并無必要。由于在不同類型的土壤中往往有著不同的接地電阻，大多數(shù)的輸電線路為達(dá)到理想的防雷效果，在桿塔的建設(shè)過程中都會(huì)將桿塔逐基進(jìn)行接地。然而，輸電線路桿塔在電阻率較高的地區(qū)仍一般采用常規(guī)的接地裝置，這不僅無法保障輸電線路桿塔接地工作的質(zhì)量，而且還會(huì)影響整個(gè)輸電工作的穩(wěn)定性。因此，為滿足我國(guó)電力行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需要，輸電線路桿塔新型接地裝置的應(yīng)用是當(dāng)下發(fā)展的潮流。

二、柔性石墨接地材料

柔性石墨線是一種由膨脹石墨加入粘合劑與不同的纖維如棉紗、玻璃纖維和碳化纖維等增強(qiáng)材料，經(jīng)過復(fù)合機(jī)復(fù)合、切條等工序成條狀，進(jìn)入紡線機(jī)紡織而成的柔性線狀石墨產(chǎn)品。石墨基柔性接地材料是一種由柔性石墨線經(jīng)不同編織工藝編織而成的帶狀非金屬材料，能明顯降低工頻接地電阻和不受土壤中水分、鹽、酸、堿等因素侵蝕的新型接地體。石墨基柔性接地材料作為一種新型的接地材料，具有良好的導(dǎo)電性、沖擊散流特性和抗腐蝕性能，同時(shí)也增強(qiáng)了與土壤的親和度，降低了接地極與土壤之間的接觸電阻。近年來石墨基柔性接地材料的制造技術(shù)得到了迅速提升和應(yīng)用推廣，有著廣泛的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的鋼材料不僅損壞率比較高，同時(shí)也容易出現(xiàn)腐蝕生銹的情況。而石墨基新材料不僅具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，也有一定的導(dǎo)電性。石墨作為一種理想的接地材料，對(duì)外部環(huán)境的負(fù)面影響比較小，同時(shí)能夠保障接地電阻值長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，自身的抗腐蝕性也比較強(qiáng)。同土壤之間的空隙也比較小，能夠有效降低接地裝置的接觸電阻和空氣空隙。因此，石墨基柔性接地材料是一種長(zhǎng)效接地材料。

三、土壤電阻率與桿塔接地裝置

針對(duì)不同的需求，接地裝置可以細(xì)分為自然接地和人工接地兩種，人工接地裝置也有幾種不同形式，垂直接地廣泛應(yīng)用于避雷線的集中接地;自然接地裝置由發(fā)電廠和變電所的構(gòu)架基礎(chǔ)、混凝土桿和鐵塔基礎(chǔ)組成。垂直和水平接地兩種方式相結(jié)合應(yīng)用于輸電線路防雷中。結(jié)合我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來看，可以分為以下幾種型式。

當(dāng)土壤電阻率ρ>2000Ω?m時(shí)，可以對(duì)連續(xù)伸長(zhǎng)接地極和放射形接地極進(jìn)行利用，數(shù)量控制在7根左右，總長(zhǎng)度控制在500m以下;當(dāng)土壤電阻率300Ω?m<ρ≤2000Ω?m時(shí)，接地極埋深需要大于0.5m，水平敷設(shè)的接地裝置應(yīng)用較為廣泛;當(dāng)土壤電阻率ρ≤100Ω?m時(shí)，對(duì)自然接地進(jìn)行利用，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，如果自然接地電阻符合要求，可以不再設(shè)置人工接地裝置，這種安裝策略適用于居民區(qū);當(dāng)土壤電阻率100Ω?m<ρ≤300Ω?m時(shí)，需要推進(jìn)人工接地裝置的設(shè)置，同時(shí)將接地極埋深控制在0.6m以上。

技術(shù)規(guī)范中要求石墨基柔性接地材料電阻率達(dá)到和小于0.00004Ω/m，而現(xiàn)在一些石墨基柔性接地帶已達(dá)到了0.00003Ω/m，完全是高質(zhì)量接地裝置的選用材料。而從耐腐蝕情況來看，有采用的是酸堿溶液浸72h泡后的電阻差要求小于10%，有采用的是浸泡后的質(zhì)量損失小于0.1%，相比于原金屬接地材料，耐腐蝕性提高了很多。

桿塔接地裝置作用是導(dǎo)泄雷電流進(jìn)入大地，這就避免不了談及沖擊接地電阻。一般情況把雷電流波頭時(shí)刻（t=2.6μs）接地體呈現(xiàn)的電阻作為沖擊接地電阻。沖擊電流相當(dāng)于高頻電流，當(dāng)接地體表面的電流密度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花放電，在高電阻率時(shí)，火花放電的效應(yīng)越強(qiáng)，又由于高頻電流的集膚效應(yīng)，沖擊電流在地表的流動(dòng)。因此，因此接地體，只要是在沖擊電流或電壓的作用下，均表現(xiàn)出“電感-電導(dǎo)”泄流過程-電阻過程。一般電阻率地區(qū)的水平長(zhǎng)接地體，只考慮“電感-電導(dǎo)”泄流過程;特高電阻率地區(qū)的水平接地體還要考慮波的過程。有時(shí)為了防止末斷反射波的影響，在水平接地極的終斷應(yīng)加垂直接地極。

四、降低桿塔接地電阻的應(yīng)用

接地裝置和避雷線能夠引導(dǎo)雷電流流入大地，避免雷擊因素對(duì)電力線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)面影響，從而保障其積極作用的有效發(fā)揮。尤其是接地電阻值，更是控制工作中的重點(diǎn)，如果無法實(shí)現(xiàn)對(duì)接地電阻值的有效控制，可能就會(huì)出現(xiàn)雷電反擊現(xiàn)象，因?yàn)榻拥仉娮柚颠^大，促使避雷線產(chǎn)生高電位，最終塔頂?shù)碾娢灰矔?huì)升高。因此行業(yè)工作人員要將接地電阻的控制作為工作中的關(guān)鍵。

目前，為降低桿塔接地電阻，我們已經(jīng)探索了許多方法，例如連續(xù)伸長(zhǎng)接地、外引接地、換土等。然而，由于方法的成本較高或要求過高，此類方法都已經(jīng)不再使用，取而代之的是使用化學(xué)降阻劑等新興技術(shù)?；瘜W(xué)降阻劑在有水分時(shí)電解質(zhì)電離出帶電的離子成為導(dǎo)體，從而降低接地電阻。該方法使用初期效果較佳，但無水干燥時(shí)無降阻能力，且隨著水分的變化電解質(zhì)逐漸流失，降阻效果會(huì)逐漸衰減至消失。但化學(xué)降阻劑會(huì)帶來對(duì)接地體圓鋼產(chǎn)生腐蝕，從而導(dǎo)致接地裝置的壽命降低。隨著降低桿塔接地電阻的應(yīng)用，石墨基柔性接地材料在接地裝置中的應(yīng)用頗為必要。石墨的穩(wěn)定性、抗腐蝕性避免化學(xué)降阻劑帶來的影響，其良好的導(dǎo)電性也會(huì)提高接地裝置的安全性。

五、輸電線路桿塔新型接地裝置的應(yīng)用前景

在輸電線路桿塔新型接地裝置的建設(shè)中，石墨基柔性接地材料有著廣泛的應(yīng)用。相較之傳統(tǒng)的接地裝置，新型接地裝置的各項(xiàng)性能得到了顯著提升。它不僅能夠滿足輸電線路運(yùn)行的安全性需求，也是我國(guó)電力行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要保障。另外，新型接地材料更加清潔。由于電力能源的大量需求，原有的鋼材料接地裝置會(huì)帶來一定的污染和能源消耗，清潔的新型接地材料的應(yīng)用必將成為社會(huì)綠色發(fā)展的趨勢(shì)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，輸電線路接地裝置新型接地裝置的應(yīng)用也提出了更高的要求。因此，電力行業(yè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)加快前進(jìn)的步伐，以節(jié)能減排為前提，促進(jìn)現(xiàn)代輸電線路進(jìn)一步科學(xué)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張烜，何惠松，盛從兵.新型免解線測(cè)量方法在接地極狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].電子世界，2020，No.591（09）：142-143.

[2]熊栘貝，劉宇彬.基于CDEGS影響立體式桿塔接地裝置沖擊接地電阻的因素研究[J].電器與能效管理技術(shù)，2020（8）：12-17.

[3]常國(guó)文，魯杰，常英龍.架空輸電線路新型石墨防雷接地裝置的應(yīng)用探討[J].科學(xué)中國(guó)人.2016，No.32（11）：24-26.