輸電線路環(huán)形接地裝置的設(shè)計(jì)及電阻計(jì)算

孫洪波，于德水

（1.呼倫貝爾市明星電力設(shè)計(jì)院有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000；2.華電內(nèi)蒙古能源有限公司土默特發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014100）

0 引言

隨著工程建設(shè)質(zhì)量要求的不斷提高，輸電線路工程全要素、全過(guò)程向著精益化、高品質(zhì)方向發(fā)展。但在建設(shè)過(guò)程中對(duì)輸電線路接地電阻的控制過(guò)于粗放，前期電阻值僅為估測(cè)值，或用簡(jiǎn)易公式進(jìn)行粗略計(jì)算，偏差很大；設(shè)計(jì)階段接地電阻不可控制，只能后期實(shí)測(cè)，若不滿足要求，則采取加裝接地模塊等方式降低電阻，造成設(shè)計(jì)變更，給建設(shè)管理、設(shè)計(jì)控制帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。本文從實(shí)際工程出發(fā)，在對(duì)土壤電阻率進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上，在工程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行工頻接地電阻的精確計(jì)算，并將接地電阻控制在合理范圍內(nèi)，以減少和降低后續(xù)工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)。

1 環(huán)形接地裝置結(jié)構(gòu)型式

目前輸電線路的接地結(jié)構(gòu)型式多為水平放射狀，泄流效果較好，但占地面積較大，工序繁雜，必須開(kāi)挖敷設(shè)接地裝置的溝道，而且深度在0.8~1.0 m。尤其是在土壤電阻率較大、需要延長(zhǎng)接地極時(shí)，開(kāi)挖土方量和施工工作量更大。為解決上述問(wèn)題，可采用環(huán)形接地裝置，該裝置為上下環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 環(huán)形結(jié)構(gòu)接地裝置

下環(huán)分為4個(gè)小環(huán)，每個(gè)小環(huán)圍繞4個(gè)塔腳基礎(chǔ)底部單獨(dú)敷設(shè)成方形環(huán)或圓形環(huán)，埋在約3 m深位置，可以根據(jù)基礎(chǔ)埋深調(diào)整。上環(huán)一般在距地面1.0 m處沿整體鐵塔基礎(chǔ)外緣敷設(shè)成一個(gè)大環(huán)，通過(guò)垂直接地引線將上下環(huán)連接，上環(huán)經(jīng)接地引下線與鐵塔塔腳連接。本裝置的優(yōu)點(diǎn)是：不必額外開(kāi)挖敷設(shè)接地裝置的溝道，基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)直接將接地體敷設(shè)其中；接地體均圍繞基礎(chǔ)周圍敷設(shè)，占地面積較小，提高了工作效率，降低了工程建設(shè)難度；采用上下環(huán)結(jié)構(gòu)，可通過(guò)上下層土壤電阻率的不同改善接地電阻，使其滿足要求[1-2]。缺點(diǎn)是：接地裝置的連接稍有復(fù)雜，若地下水位高時(shí)，下環(huán)要采取水平敷設(shè)方式。

2 環(huán)形接地裝置工頻接地電阻的計(jì)算

根據(jù)環(huán)形接地裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將其電阻分成4個(gè)部分，分別為接地引下線電阻R1，上環(huán)（大環(huán)）接地電阻R2，上下環(huán)連接體接地電阻R3，下環(huán)（小環(huán)）接地電阻R4。本文僅就方形環(huán)接地電阻進(jìn)行計(jì)算，圓形環(huán)計(jì)算原理一致。電阻采用并聯(lián)方式，根據(jù)工頻利用系數(shù)修正計(jì)算綜合接地電阻。

2.1 土壤電阻率的測(cè)定

接地電阻都與土壤電阻率有關(guān)，采用土壤電阻率測(cè)試儀測(cè)出不同極距下土壤的視在電阻率，推算出埋深H1和H3（H3=H1+H2）的土壤電阻率ρH1和。然后利用季節(jié)系數(shù)ψ進(jìn)行修正。依據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[5]選取季節(jié)系數(shù)（如表1所示）。

表1 選取的季節(jié)系數(shù)

2.2 各部分接地電阻值的計(jì)算

按照如圖1所示的結(jié)構(gòu)分布，由上而下分別計(jì)算各部分的接地電阻值。接地裝置采用鍍鋅圓鋼，直徑為d，各部分尺寸L1，L2，H1，H2如圖1所示。

式中：ρH1為H1處土壤電阻率，ψ查表1取1.35。

式中：ψ·ρH1為H1米處修正后的土壤電阻率。

式中：ρH2為ρH1和ρH3的平均值，ψ查表1取1.2。

式中：ψ·ρH3為H3米處修正后土壤電阻率，ψ查表1取1.05。

2.3 綜合接地電阻的計(jì)算

將環(huán)形接地裝置分成上下兩部分（如圖2所示）。將每根接地引下線和大環(huán)接地電阻進(jìn)行復(fù)合計(jì)算，計(jì)為R上總；然后進(jìn)行上下環(huán)連接體與每個(gè)下接地小環(huán)接地電阻復(fù)合計(jì)算，計(jì)為R下，4根R下再次復(fù)合成R下總；最后將上下兩部分再進(jìn)行最終的復(fù)合計(jì)算，計(jì)為R總。每次進(jìn)行電阻的并聯(lián)計(jì)算都要基于工頻利用系數(shù)ηi（i=1，2，…，5，ηi對(duì)應(yīng)每次復(fù)合計(jì)算中的工頻利用系數(shù)）的影響進(jìn)行修正。這些系數(shù)的選取將影響綜合接地電阻的準(zhǔn)確性。根據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[5]中接地極的沖擊利用系數(shù)對(duì)ηi進(jìn)行選取、計(jì)算，沖擊利用系數(shù)選取最小值：η1和η4取值參照以水平接地極連接2根垂直接地極情況的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)取0.7；而η2、η3和η5取值參照以水平接地極連接4根垂直接地極情況的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)取0.8，且每個(gè)ηi還要除以0.9進(jìn)行修正。計(jì)算結(jié)果如下：

圖2 接地裝置的上下兩部分

上部分R1和R2的復(fù)合計(jì)算電阻R上總：

下部分R3和R4的復(fù)合計(jì)算電阻R下：4根R下再次并聯(lián)成R下總：

R上總和R下總的復(fù)合計(jì)算電阻R總：

2.4 計(jì)及接地模塊的復(fù)合接地電阻的計(jì)算

經(jīng)過(guò)如上計(jì)算，若R總不滿足規(guī)程要求，則要加裝接地模塊。設(shè)n個(gè)接地模塊的電阻為R模，R模再次與R總進(jìn)行并聯(lián)復(fù)合計(jì)算，即得R?？偅?/p>

若R?？倽M足規(guī)范要求，則可以確定設(shè)計(jì)階段模塊數(shù)量n?？筛鶕?jù)土壤電阻率確定加裝位置，采取向四周放射方式敷設(shè)。

3 實(shí)例計(jì)算

以根河至烏爾旗汗110 kV輸電線路工程為例計(jì)算各桿塔環(huán)形接地電阻。選取9基桿塔，環(huán)形接地裝置接地圓鋼直徑d=12 mm，下環(huán)埋深H3為3.0 m，上環(huán)埋深H1為1.0 m，上環(huán)邊長(zhǎng)L1為16 m，下環(huán)邊長(zhǎng)L2為3.6 m，桿塔接地電阻計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)表2可以確定9基桿塔接地裝置電阻是否滿足要求。若需加裝接地模塊，可根據(jù)式（9）計(jì)算模塊數(shù)量。

表2 桿塔接地電阻計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，輸電線路桿塔采用環(huán)形接地裝置優(yōu)勢(shì)顯著，其裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便快捷，節(jié)約用地，節(jié)省工程投資，能夠準(zhǔn)確測(cè)算接地電阻值，在設(shè)計(jì)階段可確定是否加裝模塊及模塊數(shù)量。本計(jì)算方法中，工頻利用系數(shù)不確定性較大，需要在多個(gè)工程中進(jìn)行驗(yàn)證，積累數(shù)據(jù)，便于今后的工程計(jì)算。