輸電線路的接地技術(shù)研究

王 華

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司廣元供電公司,四川 廣元 628000)

0 引言

輸電線路是電力系統(tǒng)中最重要的組成部分之一,其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與可靠性。接地技術(shù)是輸電線路設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),其作用在于防止雷電等外部因素對(duì)輸電線路造成損害,保障線路的運(yùn)行穩(wěn)定。本文探討了輸電線路接地技術(shù)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法,并通過(guò)實(shí)際案例的分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),提出未來(lái)接地技術(shù)的研究方向和需要解決的問(wèn)題。

1 輸電線路接地技術(shù)應(yīng)用目的和作用

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,輸電線路的安全性和穩(wěn)定性已成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,接地技術(shù)是保證輸電線路安全運(yùn)行的重要手段之一。在輸電線路中使用接地技術(shù)的主要目的是保護(hù)輸電線路設(shè)備和人員安全、保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展。

其作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一,當(dāng)輸電線路遭遇雷擊或其絕緣部分損壞時(shí),電流可能無(wú)法正常傳導(dǎo),從而產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致線路燒毀甚至引發(fā)火災(zāi)。通過(guò)接地技術(shù),可以將損壞部分的電流引入大地,避免對(duì)線路造成更大的損害,從而保證線路的正常運(yùn)行。第二,當(dāng)工作人員在輸電線路上工作時(shí),若人體意外接觸帶電的線路,接地技術(shù)可以將電流引入大地,降低接觸點(diǎn)的電壓,避免工作人員接觸到高電壓,從而保護(hù)人們的安全,避免電擊事故的發(fā)生。第三,當(dāng)輸電線路設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),接地技術(shù)可以及時(shí)將故障信息發(fā)送到控制中心,方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障,避免設(shè)備因故障而停機(jī)或損壞,提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。第四,當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致大面積的停電和生產(chǎn)中斷,給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)接地技術(shù),可以降低線路故障的概率,避免短路和火災(zāi),保證了社會(huì)的正常秩序,從而提高整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)效率和生活質(zhì)量。

2 輸電線路的接地方式及工作原理

為了確保輸電線路接地技術(shù)在關(guān)鍵時(shí)刻能發(fā)揮出應(yīng)有的作用,這就要求運(yùn)行維護(hù)人員在輸電線路的各個(gè)工作環(huán)節(jié)中必須熟悉接地技術(shù)的接地原理、使用方法、使用范圍,并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的接地方式和材料。根據(jù)接地的目的和作用,接地可分為保護(hù)接地、防雷接地、工作接地、重復(fù)接地和優(yōu)化接地設(shè)計(jì)5種方式。

2.1 保護(hù)接地

保護(hù)接地的主要目的是確保人身安全和設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障時(shí),保護(hù)接地能有效地將漏電電流引入大地,避免對(duì)人體和設(shè)備造成危害。保護(hù)接地的工作原理為降低接地電阻和形成等電位。保護(hù)接地通過(guò)降低接地電阻,使得泄漏的電流能夠被更快速地引入大地,以此保護(hù)工作人員免受漏電電流的危害。此外,保護(hù)接地將設(shè)備外殼與大地相連,使得設(shè)備外殼的電位與大地電位相同,以防當(dāng)工作人員接觸設(shè)備外殼時(shí)受到電擊的威脅。

2.2 防雷接地

防雷接地的作用是在雷雨天氣中避免雷電襲擊對(duì)輸電線路的影響,其工作原理為引導(dǎo)雷電和快速泄流。防雷接地通過(guò)引導(dǎo)雷電,將其引入大地,從而避免雷電對(duì)輸電線路的直接沖擊。此外,避雷線能夠分流,達(dá)到降低塔內(nèi)電流的作用[1]。通過(guò)降低塔內(nèi)電流從而避免雷電在輸電線路中產(chǎn)生過(guò)高的電壓,對(duì)設(shè)備造成損壞。

2.3 工作接地

工作接地的作用是保證電氣設(shè)備正常運(yùn)行和避免損壞,其工作原理為穩(wěn)定設(shè)備電壓和確保信號(hào)穩(wěn)定。工作接地通過(guò)穩(wěn)定設(shè)備電壓,使得電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因電壓波動(dòng)而損壞。此外,工作接地還能確保電氣設(shè)備的信號(hào)穩(wěn)定傳輸,避免信號(hào)干擾和失真。

2.4 重復(fù)接地

重復(fù)接地的作用是降低設(shè)備故障率并提高安全性,其工作原理為分散電流和形成保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。重復(fù)接地通過(guò)將電流分散到不同的路徑中,降低單個(gè)路徑的電流負(fù)荷,從而降低設(shè)備故障率。此外,重復(fù)接地形成的多個(gè)接地點(diǎn),可以形成一個(gè)保護(hù)網(wǎng)絡(luò),提高輸電線路的安全性。當(dāng)某個(gè)接地點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),其他接地點(diǎn)仍能保持正常工作,從而確保輸電線路的穩(wěn)定性。

2.5 優(yōu)化接地設(shè)計(jì)

優(yōu)化接地設(shè)計(jì)可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性并減少維護(hù)工作量,其工作原理為優(yōu)化材料選擇、合理布局、考慮環(huán)境因素、監(jiān)測(cè)和維護(hù)。首先,選擇合適的材料可以提升接地的效果,提高設(shè)備的穩(wěn)定性。例如,選擇導(dǎo)電性能良好的材料可以降低電阻,提高泄流效果。其次,通過(guò)合理布局接地點(diǎn)和面積,減少電流在輸電線路中的損失,可以提高設(shè)備的效率。對(duì)于一個(gè)接地施工,當(dāng)接地的土壤電阻率確定時(shí),要想使整體的接地電阻變小,只能采取增大接地網(wǎng)面積的方法[2]。同時(shí),合理的布局也能降低維護(hù)難度,減少工作量。此外,優(yōu)化接地設(shè)計(jì)還需考慮環(huán)境因素,如土壤濕度、氣候條件等。這些因素會(huì)對(duì)接地效果產(chǎn)生影響,因此,在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)予以考慮,以確保接地效果的穩(wěn)定性。最后,優(yōu)化接地設(shè)計(jì)還包括建立有效的監(jiān)測(cè)和維護(hù)機(jī)制。通過(guò)定期檢查和維護(hù)接地點(diǎn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題,確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 接地系統(tǒng)的裝接流程

在電力系統(tǒng)中,接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝接是一項(xiàng)非常重要的工作。不同接地方式的裝接流程包括確定接地方式、測(cè)量土壤電阻率、設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)、準(zhǔn)備接地材料、挖埋接地極、連接導(dǎo)體和測(cè)量接地電阻等方面。在實(shí)際操作過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的流程和方法,以保證接地系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí),還需注意遵守相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),確保操作的安全性和合法性。

3.1 確定接地方式

根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的接地方式是接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提。常見(jiàn)的接地方式有分散接地、集中接地和混合接地等。在確定接地方式時(shí),應(yīng)考慮電力系統(tǒng)的規(guī)模、運(yùn)行要求、地理環(huán)境、氣候條件等因素。

3.2 測(cè)量土壤電阻率

土壤電阻率是接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。測(cè)量土壤電阻率可以了解土壤的導(dǎo)電性能,為設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)提供依據(jù)。受濕度、土質(zhì)成分影響,不同地方的土壤電阻率各不相同。如果架空輸電線路所處區(qū)域當(dāng)中的巖石較多,那么就會(huì)導(dǎo)致土壤電阻率上升,有時(shí)甚至在1 000 Ω·m以上[3]。常用的測(cè)量?jī)x器有電位降法接地電阻測(cè)試儀和鉗式接地電阻測(cè)試儀等。測(cè)量時(shí)應(yīng)注意選擇合適的測(cè)量位置和方法,以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)

根據(jù)土壤電阻率測(cè)量結(jié)果,設(shè)計(jì)合適的接地系統(tǒng)是接地系統(tǒng)裝接的關(guān)鍵步驟。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要考慮接地極的形狀、尺寸、材料等方面以及埋設(shè)深度、防護(hù)措施等因素。同時(shí),還需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的連接方式,如焊接、壓接等。接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)格如表1所示。

表1 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)格

3.4 準(zhǔn)備接地材料

準(zhǔn)備接地材料是接地系統(tǒng)裝接的必要步驟之一。在選擇材料時(shí),應(yīng)考慮其熱穩(wěn)定、導(dǎo)電性能、耐腐蝕性等因素。在進(jìn)行輸電線路地線的材料選擇前,首先,要考慮地線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)大于導(dǎo)線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。其次,要考慮在+15 ℃、無(wú)風(fēng)、無(wú)冰條件下,導(dǎo)線與地線在檔距中央的間距應(yīng)不小于0.012L+1 m,其中L為檔距。保證導(dǎo)地線在檔中有一定的安全距離,從而保證地線對(duì)導(dǎo)線的防雷保護(hù)角。此外,地線應(yīng)滿足熱穩(wěn)定的要求,當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí),地線上會(huì)通過(guò)很大的短路電流,使地線溫度急劇升高,很可能導(dǎo)致地線損壞。

常見(jiàn)地線類型有鍍鋅鋼絞線、鋼芯鋁絞線、鋁包鋼絞線。鍍鋅鋼絞線因?yàn)閷?dǎo)電性能差,多用于以前的小線路,而110 kV及以上架空輸電線路應(yīng)用較少。鋼芯鋁絞線和鋁包鋼絞線使用起來(lái)差不多,但由于鋁包鋼絞線具有較好的防腐性能和過(guò)載能力,現(xiàn)在多采用鋁包鋼絞線。

在地線型號(hào)選擇時(shí),應(yīng)參照地線所裝設(shè)導(dǎo)線的大小來(lái)選擇。根據(jù)電流規(guī)程,當(dāng)導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/30及以下時(shí),地線截面在無(wú)冰區(qū)選35 mm2以上的,有冰區(qū)選50 mm2以上的;當(dāng)導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/45及以上、LGJ-400/35及以下的,地線截面在無(wú)冰區(qū)選50 mm2,有冰區(qū)選80 mm2;當(dāng)導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400/50以上的,地線截面在無(wú)冰區(qū)選80 mm2,有冰區(qū)選100 mm2。

在加工材料時(shí),應(yīng)注意按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行切割和加工,確保符合要求。同時(shí),還需要對(duì)材料進(jìn)行標(biāo)記和編號(hào),以便于后續(xù)安裝和使用。

3.5 挖埋接地極

挖埋接地極是接地系統(tǒng)裝接的重要環(huán)節(jié)之一。在選擇合適的土壤時(shí),應(yīng)考慮其濕度、導(dǎo)電性能等因素。在確定挖埋深度時(shí),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和土壤情況來(lái)確定。同時(shí),還需做好防護(hù)措施,如添加保護(hù)管等,以防止對(duì)接地極的損壞。在挖掘過(guò)程中,應(yīng)注意保持溝槽的平整和溝槽內(nèi)無(wú)雜物。

3.6 連接導(dǎo)體

連接導(dǎo)體是接地系統(tǒng)裝接的重要環(huán)節(jié)之一。在選擇連接方式時(shí),應(yīng)考慮其導(dǎo)電性能、機(jī)械強(qiáng)度等因素。常見(jiàn)的連接方式有壓接、焊接等。在壓接過(guò)程中,應(yīng)注意選擇合適的壓接管和壓接壓力,以保證連接牢固可靠。在焊接過(guò)程中,應(yīng)注意焊接質(zhì)量和焊接速度的控制,避免對(duì)接頭造成損傷或影響導(dǎo)電性能。接地裝置如圖1所示。

圖1 鐵塔接地裝置

3.7 測(cè)量接地電阻

土壤電阻率ρ取決于土壤中導(dǎo)電離子濃度和含水量,導(dǎo)電離子濃度和含水量越低,土壤電阻率越高[4]。通過(guò)測(cè)量接地電阻可以了解接地系統(tǒng)的導(dǎo)電性能和接地效果。常用的測(cè)量?jī)x器有數(shù)字式接地電阻測(cè)試儀等。在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意選擇合適的測(cè)量位置和方法,以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí),還需對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析和處理,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。

4 接地系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例及效果分析

通過(guò)上述對(duì)輸電線路接地系統(tǒng)的探析,筆者通過(guò)案例分析的方式選取某地區(qū)一條500 kV輸電線路作為研究對(duì)象,以此來(lái)確定接地系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)用效果。該線路采用了架空地線、避雷針等接地技術(shù)措施。通過(guò)在系統(tǒng)調(diào)取該線路不同時(shí)間段內(nèi)在采取接地技術(shù)前后的供電可靠性運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析,發(fā)現(xiàn)采用接地技術(shù)后,該500 kV輸電線路的供電可靠性得到了顯著提高,穩(wěn)定供電的時(shí)間占比逐年上升,其中第4年穩(wěn)定供電時(shí)間占比達(dá)到了90%。這表明接地技術(shù)在提高電力系統(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性方面具有重要意義[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)輸電線路接地技術(shù)的探討和分析,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在保障輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行方面具有重要意義。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),本文還發(fā)現(xiàn)采用接地技術(shù)后,供電可靠性和穩(wěn)定性得到了顯著提高。雖然當(dāng)前輸電線路接地技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果,但仍存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決,以推動(dòng)輸電線路接地技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。未來(lái)研究方向包括:研究更優(yōu)的接地裝置設(shè)計(jì)方法以提高接地效果;研究新型的接地材料以提高接地裝置的耐腐蝕性和使用壽命;研究如何通過(guò)智能化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)接地裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)等。