输配电线路杆塔接地改良浅析.pdf

彦 它 景 分析与应用 GU ANG XIDI AN YE 输配电线路杆塔接地改良浅析 江 明 ( 恭城水利电业有限公司， 广西恭城县5 4 2 5 0 0 ) 【 摘要】在广西北部地区， 线路所经地区多为地形十分复杂的山区， 雷电活动强烈， 土壤电阻率也较高， 据近几年的运行数 据表明， 因雷击造成 3 5 - 1 l O k V线路的事故频频发生， 线路因雷电跳闸率高， 供电可靠性较差， 严重影响人民群众生产生活和供 电企业效益。 降低杆塔接地装置的接地电阻是提高输变电线路耐雷水平， 降低线路雷击跳闸率的主要措施之一。 对于线路杆塔接 地装置， 它的接地电阻值越低， 雷击时， 发生反击闪络的机率就越小。对于多石少土山区线路杆塔， 用传统施工方法施工往往使杆 塔接地装置的接地 电阻很难达到要求。笔者根据 多年施 工经验 ， 提 出一种既经济适 用又效果显著的降低 山 区输 电线路杆塔 防雷 接 地 电 阻的 方 法 ， 与 同行 交 流 。 【 关键词】雷 电； 接地 电阻； 接地模块 ； 降阻剂 ； 线路杆塔 1 技 术分析 1 1 雷电危害 输配电线路杆塔接地装置的接地电阻对输配电线路的防 雷至关重要 ， 特别是对输配电线路的耐雷水平影响较大。 广西 恭 城县地处桂北山区 ， 线路沿途地质 多属石 多土少地 带 ， 土壤 电阻率高且地形、 地势复杂， 交通不便， 施工难度大， 杆塔接地 电阻普通偏高。 恭城 3 5 k V兰平线路、 1 l O k V 虎燕线路的杆塔有 许多接地电阻偏高， 有的甚至高达 1 0 0多欧， 甚至有个别高山 岩石上的杆塔电阻仪无法测出。 线路投运后频发跳闸事故， 春 夏尤其严重 ， 跳闸率极高。经查发生雷害事故的杆塔均为接地 电阻偏高的杆塔。对送电线路雷害事故进行深入的调查还发 现， 经常发生雷害事故的线路段， 一般都是若干基杆塔接地电 阻连续偏高， 或有大跨越、 大档距存在。这是因为在这些地段 一 旦杆塔遭受雷击， 相邻杆塔不能有效分流， 而被击杆塔流过 大部分的雷电流， 由于接地电阻较高造成了较高的塔顶电位， 一 旦绝缘子串两端的电位差大于绝缘子中的5 0 冲击放电电 压， 绝缘子则发生击穿即“ 反击” 所致。雷电直击在输电线 路上的避雷线， 如果接地电阻过大， 就会对线路造成损伤或击 穿瓷瓶造成接地或短路跳闸， 从而造成停电事故。高山杆塔由 于路途遥远 ， 攀爬困难， 使得对故障线路的故障点查找和抢修 恢复及更换一次设备非常困难 ，造成的结果是该条线路的停 电次数多且每次停电的时间长， 供电可靠率根本无法达标。 1 2雷电形成 雷电主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间 的电位差达到一定程度( 2 53 0 k V c m) 时所发生的剧烈放电 固 2 0 1 2 8 ( 总 第 14 8 期 ) 现象。通常雷击有三种形式： 直击雷、 感应雷、 球形雷。习惯上 常用年平均雷暴 13 数、年平均地面落雷密度和年雷闪频数来 表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。大量观测统计资 料表明， 一个地区的雷闪频数与雷暴13数成线性关系。 我国一 般按年平均雷暴 13数将雷电活动区分为少雷区、 中雷区、 多雷 区、 强雷区。我国的雷电活动， 夏季最活跃， 冬季最少。 1 3 接地 电阻 输配电线路杆塔接地对电力系统的安全稳定运行至关重 要， 降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平 、 减少线路雷击跳 闸率的主要措施。由于杆塔位处地形及地质条件多样， 由于利 益驱动 ， 一般杆塔接地设计多为常规套用， 很少因地制宜针对 设计 ，使得按原设计接地型式及常规施工方法已难以使送电 线路杆塔接地电阻达到规程要求， 因此有必要对原有接地型式 进行优化设计及改良。 输配电线路杆塔接地装置通过杆塔或引下线与避雷线相 连 ， 其主要作用是将直击于输电线路的雷电流引入大地， 以减 少雷击引起的停电和人身伤亡事故。 无疑。 降低杆塔接地装置 的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施。对 于杆塔接地装置， 接地电阻值越低， 雷击线路导致发生反击闪 络的几率就越小。 在冲击电流作用下 ， 接地装置的冲击接地电 阻一般低于工频接地电阻。冲击接地电阻因土壤性质、 冲击电 流峰值及波形、 接地装置的几何形状不同而相差很大。因此常 以工频电阻值作为接地设计的依据 ，同时考虑一定的降低裕 度。在 3 5 l l O k V输配电线路设计规程中， 带避雷线杆塔工频 接地电阻为 1 0 1 5 Q。 恭城 3 5 1 l O k V输配电线路的特点是路径较长， 途经的地 理条件 比较复杂， 经常会遇到山上都是石头， 或者多石少土的 情况。通常的施工方法很难达到要求 ， 经常是花费了很大的人 分析与应用 力、 物力， 接地电阻还是达不到要求。有的接地电阻甚至高达 几 百 Q， 导致在雷雨季节 ， 线路频遭雷击 跳闸。而山区大部分 杆塔都建在高山上 ， 又增加了遭受雷击的概率。针对这种普遍 存在的现象， 笔者根据多年的施工经验 ， 并深入研究 ， 摸索出 一 种既经济适用又效果 明显 的降低 高山输配 电线路 杆塔接地 电阻的方法， 现提出与大家共享。 2 常用接地方法分析 电力系统通常采用放射法埋设钢筋来降低接地电阻， 这 种方法对于土壤接地电阻率条件较好的地方 ， 还可以做到。 但 是对于接地电阻率高的地区或者石头很多基本没有泥土的地 方几乎没有效果。我们知道， 当水平接地体长度增加时， 电感 的影响随之增大， 从而使冲击系数增大， 当接地体达到一定长 度后 ， 再增加其长度， 冲击接地电阻也不再下降。笔者在施工 现场就遇到过用摇表测不出接地电阻的情况 ，原因就是对应 接地电阻率在 1 0 0 0 2 0 0 0 f m时水平接地体的长度应该在 6 0 8 0 m，而实际山上根本就没有这么长 的地段是 由泥土组成 的， 而钢筋埋在石头中根本无法发挥作用。这也是这基杆塔经 常因遭雷击而引起跳闸的原因。 3 特殊土质接地电阻分析 根据现场实测总结 ， 主要有以下几种情况： 3 1 土加石头覆盖层 表面植被较好 ，但 下层基本属于岩 石层 ， 接地 电阻率很高 。 3 2 由于风化和人为措施造成基本以碎石子为主体 ， 泥 土较少 ， 表面看来植被较好 ， 但由于泥土少石子问空隙较大 ， 接地电阻率非常高。 3 _ 3 表面看来大部分是泥土。但 由于土质坚硬沙土的颗 粒较大， 基本属于风化岩颗粒， 造成本身接地电阻率极高， 加 水后可适度减低， 但是该种土壤保水性极差， 渗透快。 3 - 4 铁塔建在岩石上， 几乎没有土壤和其它粉末状介质， 即使埋设了钢筋， 由于与周围无法形成统一地网， 不能建立起 有效的沟通， 造成接地电阻极大。难于满足雷电释放的要求， 从而引起跳闸。上述四种情况带来以下几方面的问题 ： 3 4 1 土壤的接地电阻率高， 介质保水性不好 ， 钢筋不能 及时将雷电流有效泄放。 3 4 2 土壤和接地体之间没有建立起有效的沟通 ，有效 接触面积不足。 3 4 3 水土流失严重 ， 接地体腐蚀损坏严重。很难长期保 GUANG XI DI AN YE 店 它 景 持稳定的接地电阻。 3 4 5 改善接地 电阻 的方法众 所周知 ，接地 网的电阻由 以下几部分构成： 3 4 5 1 接地引线电阻， 是指由接地体至设备接地母线间 引线本身的电阻， 其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。 3 4 5 2 接地体本身的电阻， 其阻值与接地体的几何尺寸 和材质有关 。 3 4 5 3 接地体表面与土壤的接触电阻， 其阻值与土壤的 性质、 颗粒、 含水量 、 土壤与接地体的接触面积及接触紧密程 度有关 。 3 4 5 4 从接地体开始向远处( 2 0 m) 扩散电流所经过的 路径土壤电阻， 即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤 的含水量。接地电阻虽由四部分构成 ， 但起决定作用的是接地 体接触电阻及散流电阻。所以，本文从接地体的最佳埋设深 度 、 不等长接地体技术 ， 以及改善介质情况等多个方面来考虑 降低接触电阻和散流电阻。 4 技术 改 良 4 1 采用新型接地极材料 采用优质非金属接地模块 ，如长沙培斯特防雷科技有限 公司生产的 B S T F接地模块 、深圳市安泰防雷接地技术有限 公司 A T MK F K接地模块。这些接地模块在产品说明上都有 详细参数， 在此不赘述。它们的优点是便于在小区域内施工， 尤其适合在土少石多的石山区，减少 占用土地面积 ，便于施 工， 造价相对便宜， 经济性较好。使用接地模块既能最大限度 地降低接地电阻， 提高接地效率， 又能保证接地体长期保持工 作稳定， 具有吸湿 、 保湿特性 ， 经多次大电流冲击 ， 阻值无增 大 ， 模块也无变硬 、 发脆、 断裂现象 ， 能经受高气温及低气温， 多地区适用。能减少地电位反击 ， 接地模块的非金属材料使电 阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化 比较平缓的低 电阻区域 ， 当大电流冲击时， 可降低接地体 、 接地线暂态电位 梯度 ，降低跨步电压和接触电压，减少发生地电位反击的概 率 。 4 2 采用新型抗腐蚀 降阻剂 接地降阻剂是用于防雷、 防静电、 防干扰接地工程中降低 接地 电阻的产 品。随着科学技术的发展 ， 对接地装置 的接地 电 阻值要求越来越高，传统的方法是加大接地网，形成多点接 地， 在高电阻率土壤地区， 则还要在较大范围内换上低电阻率 土壤， 或在接地体周围埋入食盐、 水和木炭。这些方法有的要 耗费大量的钢材， 有的降阻效果有限 ， 有的有效期短， 如食盐 法不仅在几个月内就失效 ， 还严重腐蚀接地体， 而且在很大程 2 0 1 2 8 ( 总 第 1 4 8 期 ) 固 店 它 景 分析与应用 GUANG XI DI AN YE 度上会破坏当地土壤， 从而破坏生态环境。因此， 国外 自本世 纪6 0年代开始了长效化学接地降阻剂的研制，在 8 0年代， 固 体长效降阻剂实现了商品化。近年来， 国际和国内越来越多的 采用接人地极铜棒的方法来实现防雷接地的低电阻，采用地 极铜棒在施工范围小、 电阻下降要求高、 节省施工时间和施工 效果好的方面比前几种方法要好的多。 研究表明， 金属接地体直接埋入土中时， 其有效接触面积 受土壤颗粒大小影响而仅有 4 0 7 0 ， 土壤颗粒愈大， 有效 接触面积愈小。此外， 由于金属接地体与土壤的电阻率相差太 大， 两者之间存在着电阻率突增带， 这种电阻率突增将会导致 对电流的阻抗增加， 这对雷击过电流的疏导是十分不利的， 有 可能出现小电流测试时接地网电阻值不高，但雷击时电气设 备暂态电位激增， 从而损坏线路和设备。同时， 土壤中存在着 空气和水分， 天长 日久 ， 将会导致金属接地体腐蚀 ， 从而造成 整个接地网的报废。这种情况在低土壤电阻率地区尤为严重。 为解决上述问题，在分析了国内外各种降阻剂的优缺点 之后， 取长补短， 我们采用了青岛胶南接地降阻剂厂运用高科 技的表面改性技术， 生产的接地降阻剂。其本身的电阻率低 ， 仅 1 - 3 Q m， 比原武高所提出的规定值低 4 0 8 0 。而且颗 粒极细， 凝固前对土壤有良好的渗透性， 将其施用于接地体和 土壤之间， 在凝固后 ， 降阻剂就紧密地包裹在接地体周围， 并 与土壤层呈“ 树根” 状交叉连接， 延伸到土壤层深处。因此 ， 由 于金属接地体的有效接触面增大 ，以及降阻剂本身也成为接 地体，从而增加了接地体的几何尺寸，起到了扩大地网的作 用， 降低了接地电阻。由于接地体周围的土壤电阻率降低 ， 使 电阻率的变化也趋于平缓 ， 消除了电阻率突增带， 便于雷击过 电流在低电位下迅速进入大地，从而保证了设备、线路的安 全 。 本系列产品与一般降阻剂产品相比，最突出的优点是不 仅本身对接地体无腐蚀 ， 还具有很强的抗腐蚀保护能力 ， 无论 是在一般环境中还是在强腐蚀性环境中均能保护普通碳钢免 受腐蚀， 而且受气候等自然条件影响小， 一年中的降阻率最大 值与平均值之比小于 1 4 ( 原武高所规定值是 4个月内的比值 小于 1 5 ) 一年中的接地电阻值最大值与最小值之差小于平均 值的5 0 。因此， 可充分保证其降阻效果的长期稳定， 延长接 地网的使用寿命 4 3 抗腐蚀降 阻剂产品性能 ： 外观： 灰黑色至黑色粉末； PH ：9： 粒度： 2 0 0目筛下9 5 ； 室温电阻率： 3 Q M； 完全凝固时期： 小于 2 4小时； 围 2 0 12 8 ( 总 第 1 4 8 期 ) 降阻率： 3 0 一 8 5 ； 腐蚀性： 抗腐蚀； 污染性： 无毒， 无污染； 有效期： 3 0年。 4 4 施工方法 ： 4 4 1 接地体及降阻剂施工 挖 1 米宽接地坑， 深度以达到当地冻土深度以下( 无冻土 时以 1 5米深为宜 ) ，根据各地的不 同土质 ，所挖深度为 1 4 - 1 8米之间， 长度为4 - 9米。 将 5 5 0镀锌钢排用电焊做成 网状， 置于坑中， 并在沟底将 1 5 m长、 2 5 ram的 l 6根镀锌垂直 打人地下， 且与接地网连接， 在坑底用 5 1 0 c m