架空输电线路杆塔接地装置

1、第 28卷 /2008年第 6期湖 南 电 力安全与综合架空输电线路杆塔接地装置黄福勇 , 周卫华 , 周挺 , 王 成(湖南省电力公司试验研究院 , 湖南长沙 410007 )摘 要: 杆塔接地装置是架空输电线路的主要防雷设施 , 通过多年的现场实践 , 总结归纳了杆塔接地装置在施工及运行维护中存在的问题 , 提出了杆塔接地装置竣工验收和运行维护的要点和要求。关键词: 接地装置; 竣工验收; 运行维护中图分类号:TM862文献标识码: B1引 言输电线路杆塔接地装置是输电线路的重要组成部分 , 是接地体和接地引下线的总称 , 接地电阻是指接地体散流电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和。其作用

2、是确保雷电流可靠泄入大地 , 保护线路设备绝缘 , 减少线路雷击跳闸率 , 提高运行可靠性和避免跨步电压产生的人身伤害。对输电线路杆塔接地装置进行规范管理和维护 , 确保接地装置完整性是降低输电线路雷击跳闸率的有效措施 , 降低接地装置接地电阻是提高线路耐雷水平的主要措施。按照文献 1 中的 110 500 kV 线路的杆塔尺寸和绝缘子的 50%雷电冲击绝缘水平 , 对不同杆塔接地电阻计算出各自的耐雷水平如表 1。表 1线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系接地电阻 /7153050110 kV 杆塔耐雷水平 / kA63412416220 kV 杆塔耐雷水平 / kA110764832500 kV

3、 杆塔耐雷水平 / kA1771258155按照文献 1第 6. 1. 3 条规定 , 有避雷线的线路 , 在一般土壤电阻率地区 , 其耐雷水平不宜低于表 2所列数值。对比表 1所列数据 , 杆塔接地电阻对输电线路杆塔耐雷水平有显著的影响 , 而根据文献1 要求 , 在一般土壤电阻率地区 , 杆塔接地装置的接地电阻值需要达到 15以下。文章编号:100820198 ( 2008) 0620031205表 2有避雷线线路的耐雷水平耐雷水平 / kA标称电压 / kV一般线路大跨越档中央和发电厂、变电所进线保护段11040 757522075110110500125 1751752 杆塔接地装置存

4、在的问题分析2. 1接地体散流电阻偏高的客观原因a. 土壤电阻率偏高 , 当杆塔所处位置为沙砾、石子或岩石时 , 土壤电阻率可能达到 10 000 m ,由于土壤电阻率偏高 , 对杆塔的接地电阻影响较大;b. 地形复杂、地质条件差 , 土层薄或根本没有土层;c. 土壤干燥 , 而大地导电基本上是靠离子导电 , 可以离解的各类无机盐类只在有水的情况下才能离解为导电的离子 , 干燥的土壤导电能力是非常差的。2. 2接地体散流电阻偏高的主观原因2. 2. 1设计原因很多输电线路通道的地形和土壤结构复杂 , 在交通不便的山川、河流等处难免有勘察设计不到位或不全面 , 未能取得杆塔接地体所处位置的合适土

5、壤电阻率 , 按经验估算设计 , 产生设计偏差 , 即便按图施工 , 接地体散流电阻也不能达到要求。2. 2. 2施工原因收稿日期:2008 20520531安全与综合湖南 电 力第 28卷 /2008年第 6期在交通不便和土壤电阻率高的山区和岩石区域 , 施工十分困难 , 而接地工程又属于隐蔽工程 ,如施工过程中不能实行全过程的监理 , 就会出现施工质量问题 , 经调查有以下几种情况:a. 不按图施工 , 尤其是在施工困难的山区、岩石地区 , 偷工减料、不按图施工 , 如水平接地体敷设长度不够 , 少打垂直接地极等;b. 接地体埋深不够 , 特别是山区、岩石地区 ,由于开挖困难 , 接地体的

6、埋深往往不够 , 由于埋深不够会直接影响接地电阻值 , 且上层土壤容易干燥 , 受气候的影响也大 , 上层土壤中含氧量高 , 对接地体的腐蚀也就较快;c. 回填土不符合要求 , 要求用细土回填 , 并分层夯实 , 但在实际施工时往往很难做到 , 尤其是在岩石地段施工时 , 由于取土不便 , 往往采用开挖出的碎石回填 , 这样接地体就不能与周围土壤保持可靠的电接触 , 同时还会加快接地体的腐蚀速度;d. 采用化学降阻剂或木炭、食盐降阻 , 这能在短期内收到降阻效果 , 但这是不稳定的 , 因为化学降阻剂和食盐会随雨水而流失 , 并加速接地体的腐蚀 , 应付竣工验收可以 , 在以后的时间内接地电阻

7、会迅速反弹 , 并缩短接地装置的使用寿命 , 有的可能还没有到开挖检查的周期就已经锈蚀 , 运行单位降阻的维护成本会更大;e. 采用所谓环形接地极造成虚假接地参数 ,在预制基础时就用铁丝等缠绕在基础上 , 然后连接在接地装置上 , 这样在测量工频接地电阻时由于电磁感应等方面的原因会导致测量结果偏小 , 但实际由于冲击系数很大 , 造成冲击散流电阻偏大 , 雷电流泄流不畅;f. 接地装置内部连结时采用线缠绕 , 未进行焊接 , 或未按照要求进行焊接 , 造成焊接质量不高 , 形成虚焊或脱焊的情况。2. 2. 3运行维护原因a. 未按照规程规范要求配置测量仪器和测量接地体散流电阻 , 如使用三极法

8、测量时 , 电流极 /电压极布线长度未能超出接地体射线长度 , 造成测量结果严重失真;b. 使用的测量仪器未经过校验合格 , 甚至是已坏的仪器 , 造成测量结果不准确;c. 技术人员责任心不强 , 造成测量结果有误 ,如发现有的在使用三极法测量时不解开接地引下线连结螺栓测量接地体散流电阻的现象 , 使测量结果严重偏小;d. 对酸性土壤中接地装置和采用降阻剂接地装置未进行及时的开挖检查 , 由于接地体的腐蚀 ,使接地体与周围土壤的接触电阻变大 , 或焊接接头处因腐蚀断裂会造成一部分接地体脱离接地装置 , 同时对采用降阻剂的接地装置接地电阻会反弹的情况掌握不够 , 造成对腐蚀严重接地体缺陷处理不及

9、时 ;e. 因水土流失而使一些接地体离开土壤外露、接地引下线和接地体被盗或受外力破坏、杆塔接地引下线与接地装置的连接螺丝因锈蚀而使接触电阻变大或形成电气上的开路的情况未能够及时消除;f. 对接地装置掌握不全面 , 部分单位只注重接地体散流电阻的检测 , 未能按照要求在设备竣工验收时测量混凝土杆导通 , 在运行维护时也没有对混凝土杆的导通进行测量 , 部分混凝土杆运行年限较长或存在工艺缺陷 , 可能存在雷电流泄漏通道锈蚀 , 接触不良的情况 , 如对 220 kV 黄桃线抽查的19基杆塔 , 就有 18基杆塔导通不良。3 杆塔接地装置的一般要求按照文献 2第 6. 3. 1 条规定 , 高压架空

10、线路杆塔的接地装置可采用下列形式:a. 在土壤电阻率 100 m 的潮湿地区 ,可利用铁塔和钢筋混凝土杆自然接地。对发电厂、变电所的进线段应另设雷电保护接地装置。在居民区 , 当自然接地电阻符合要求时 , 可不设人工接地装置。b. 在土壤电阻率 100m 300m 的地区 , 除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外 ,并应增设人工接地装置 , 接地极埋设深度不宜小于0. 6 m。c. 在土壤电阻率 300m 2 000m 的地区 , 可采用 6 8 根总长度不超过 500 m 的放射形接地极或连续伸长接地极。放射形接地极可采用长短结合的方式。接地极埋设深度不宜小于 0. 3 m。e. 居民区和水

11、田中的接地装置 , 宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。322008No. 6HUNAN ELECTR IC POW ERVol. 28f. 放射形接地极每根的最大长度应符合表 3a. 接地体的规格、埋深不应小于设计规定;的要求。b. 接地装置应按设计图敷设 , 受地质地形条表 3 放射形接地极每根的最大长度件限制时可作局部修改 , 但不论修改与否均应在施工质量验收记录中绘制接地装置敷设简图并标示相土壤电阻率 /m500 1 000 2 000 5 000最大长度 /m406080100文献 3研究表明雷电流系冲击型 , 由于接地体的电感效应 , 60 m 以上的水平接地部分作用已经明显降低 , 4

12、 根超过 60 m 的射线远不如 8 根60 m 以内的射线散流效果好。g. 在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时 , 当在杆塔基础的放射形接地极每根长度的 1. 5倍范围内有土壤电阻率较低的地带时 , 可部分采用引外接地或其他措施。湖南地形复杂 , 江河密布 , 处亚热带湿润季风气候区 , 四季分明 , 因冷暖空气交汇频繁 , 属于雷电灾害高发地区。因此在文献 4 和文献 5 中对输电线路杆塔接地装置提出了更高的要求。文献 4第 6. 1. 6 条规定 , 在设计阶段应因地制宜开展防雷设计 , 适当提高输电线路防雷水平。对 500 kV 线路及重要电源线 , 防雷保护角应不大于 10。并在

13、实施细则的第 4 点规定: 发电厂、水电站、变电所进出线段 2 km 范围杆塔工频接地电阻不大于 10, 其余地段采用增加垂直接地体、加长接地带、改变接地形式、换土或采用接地新技术(如接地模块 ) 等措施确保不大于 20,原则上不使用化学降阻剂 , 在盐碱腐蚀较严重的地段 , 接地装置应选用耐腐蚀性材料或采用导电防腐漆防腐。文献 5 也在第 51 条第 6 点中规定 : 220 kV 及以上线路和 110 kV 主干线路 , 在变电站和电厂进出线段 2 km 范围内的杆塔接地电阻值应小于 10, 其它地段宜不大于 20。4 杆塔接地装置的竣工验收杆塔接地装置竣工验收的重点是通过测量接地体散流电

14、阻、开挖检查接地体材质、施工工艺和敷设深度等 , 确认施工单位是否按设计图纸要求进行施工 , 施工工艺是否达到标准要求 , 提供的资料是否完整准确。把好杆塔接地装置竣工验收关 , 是全过程质量监督的重要环节 , 能为投产后的运行维护提供可靠的第一手资料和良好的运行质量保证。文献6第 8章规定:对位置和尺寸 , 原设计图形为环形者仍应呈环形;c. 敷设水平接地体宜满足: 遇倾斜地形宜沿等高线敷设 , 两接地体间的平行距离不应小于5 m , 接地体铺设应平直 , 对无法满足上述要求的特殊地形应与设计单位协商解决;d. 垂直接地体应垂直打入 , 并防止晃动;e. 接地体连接应符合下列规定: 连接前应

15、清除连接部位的浮锈; 除设计规定的断开点可用螺栓连接外 , 其余应用焊接或液压、爆压方式连接; 接地体间连接必须可靠 , 当采用搭接焊接时 , 圆钢的搭接长度应为其直径的 6倍并应双面施焊; 扁钢的搭接长度应为其宽度的 2倍并应四面施焊; 当圆钢采用液压或爆压连接时 , 接续管的壁厚不得小于3 mm , 搭接时长度不得小于圆钢直径的 10 倍 , 对接时长度不得小于圆钢直径的 20 倍;接地用圆钢如采用液压、爆压方式连接 , 其接续管的型号与规格应与所压圆钢匹配;f. 接地引下线与杆塔的连接应接触良好 , 并应便于断开测量接地电阻 , 当引下线直接从架空地线引下时 , 引下线应紧靠杆身 , 并

16、应每隔一定距离与杆身固定;g. 测量接地电阻可采用接地摇表 , 所测得的接地电阻值不应大于设计规定值;h. 采用降阻剂时 , 应采用成熟有效的降阻剂作为降低接地电阻的措施。在认真执行文献 6 有关规定外 , 还需要补充以下几点要求:a. 混凝土杆内部导通检查 , 防止混凝土杆内部存在接触点接触不良造成雷电流散流不畅;b. 试验测量方法应正确 , 对新建的杆塔接地装置的交接验收应采用三极法进行测试 , 且辅助电流及电压线应放足够长 , 测试所用仪表应满足测量要求 , 测试完毕后试验报告规范 , 试验结论正确;c. 杆塔接地装置的接地体散流电阻验收测量宜在干燥季节进行 , 但杆塔接地装置竣工验收时

17、可能是雨季或土壤潮湿时 , 土壤含水量较大 , 导电性能较好 , 往往会使所测值比实际值偏小 , 约 18%37%7, 所以要求测量接地电阻应考虑季节性33安全与综合湖南 电 力第 28卷 /2008年第 6期的影响。d. 竣工验收资料移交应按验收规范进行 , 确保移交资料齐全、完整、正确 , 符合设计要求 , 并与现场一致。资料中应包含: 隐蔽施工验评表 , 接地装置型号 , 射线长度 , 射线敷设草图; 杆塔坐标 ; 接地电阻设计值; 土壤电阻率; 接地体埋设深度; 设计变更; 设备、材料及代用材料的出厂试验报告及合格证登记表; 业主要求的其它资料等内容。5 杆塔接地装置的运行维护杆塔接地

18、装置是输电线路的主要防雷设施 , 为了保证电网的安全稳定运行 , 必须针对接地装置在运行中容易发生的问题进行定期巡视、检测和维护。5. 1定期巡视需检查项目a. 接地体是否有外露;b. 接地引下线是否完好 , 是否腐蚀 , 腐蚀的程度 , 周边是否新建有腐蚀较强的污染源;c. 接地装置及接地引下线是否遭受外力破坏(被盗、或施工挖坏等 ) ; 如果被外力破坏应及时修复 , 还应定期进行防腐处理。d. 接地引下线连接螺栓是否生锈 , 螺丝是否松动 , 与接地体是否有可靠的电气接触;e. 接地引下线处是否堆积有异物或燃烧秸秆、棉花秆等 ;f. 接地引下线是否有其它痕迹 (放电痕迹 ) ;g. 运规要

19、求检查的其它项目。5. 2周期性检测要求的项目a. 接地体散流电阻测量。杆塔接地体散流电阻应同时满足设计规程、运行规程和文献 4 的要求 , 既要符合实测土壤电阻率的要求 , 又要及时掌握其变化情况 , 当测量结果为无穷大或远大于历史数据时 , 应重点检查 , 查看测量时连接线是否可靠完好 , 杆塔接地引下线的空气与土壤接触部分是否严重腐蚀 , 接地装置连接部位的焊接处是否牢固或断开 , 引下线与杆塔引流线的螺栓连接处是否生锈或松动 , 测量辅助电极周边与接地体周边的土壤电阻率是否相差较大等。另外 , 对测量结果也应考虑季节性的影响。当发现接地装置不合格时 , 应及时进行整改 , 保证接地装置

20、满足相关要求。b. 接地体开挖检查。按线路的运行年限及所处的土壤腐蚀情况对接地网进行开挖检查 , 在土壤腐蚀较轻的地段 , 线路运行年限超过 10 年应对其接地网进行开挖检查; 在土壤腐蚀严重的地段 , 线路运行年限超过 5 年应对其接地网进行开挖检查;采用了降阻剂的接地装置 , 应在运行 2年后进行开挖检查。同一地段、同一土质开挖检查的比例不小于 30%。对接地装置外露或接地体腐蚀严重 , 被腐蚀后其导体截面低于原值的 80%的接地装置应及时进行改造。c. 混凝土杆内部导通检查。防止混凝土杆在一定的运行年限后 , 内部因锈蚀等原因引起接触点接触不良造成雷电流散流不畅的情况; 混凝土杆内部导通

21、检查可以与接地体散流电阻一起进行 , 测量仪器可采用双臂电桥或专用接地导通测量装置 , 但考虑输电线路工作的特殊性 , 也可以使用接地摇表进行测量 , 但要注意仪器量程范围和接触电阻对测量结果的影响。此外 , 如果有接地装置改造计划 , 则应在改造前测量接地体所处位置的土壤电阻率 , 并进行短路电流的热稳定值校核。5. 3线路雷击跳闸后需要检查的项目和要求a. 放电痕迹检查: 引下线痕迹、塔身痕迹、瓷瓶痕迹、导线痕迹 , 对接地引下线的接触情况 ,接地螺栓是否紧固良好要重点检查。b. 接地装置形式和设计要求确认。接地装置电阻值大小决定了雷击杆塔时塔顶电位的抬升情况 , 接地装置型式不同对冲击接

22、地电阻有影响。c. 防雷通道检查: 对混凝土杆应测量杆塔的导通性能 , 评价其泄放雷电流的能力。d. 接地体散流电阻测量: 要遵循文献 8 的规定 , 采用三极法进行 , 放线长度必须满足要求。测量结果应充分考虑季节和气候因素影响。e. 接地网开挖检查 : 重点检查杆塔的接地引下线和地网连接部位的接触情况。当 2处引下线测量的接地电阻值偏差较大的时候 , 要求开挖检查到接地装置的各个焊接点包括方框的完整性以及方框与射线的连接处。6 结束语输电线路杆塔接地装置是输电线路的重要组成部分 , 是输电线路防雷的主要措施 , 其设计、施工(下转第 37页 )342008No. 6HUNAN ELECTR

23、 IC POW ERVol. 28计比带单室平衡容器的差压水位计更加可靠。却水管路结冰甚至冻裂。5. 3 燃油管道应敷设保温材料 , 采用蒸汽雾化和5. 7锅炉的重要通道应在环境温度低时及时铺设吹扫的油枪其蒸汽管道应连续疏水 , 一方面及时排防滑垫。好的做法是事先列出重点 , 将需要铺设防走凝结水 , 另一方面防止疏水管道冻结。疏水管道滑垫的部位写入预案。冰冻天气响应预案一旦启可以采用草绳临时包裹防冻。设计时燃油系统不能动 ,应及时派人铺设。单依据多年最冷月平均温度 , 还应参考全年累计低6结束语温时间。5. 4 压缩空气系统的储气罐底部放水阀应保证一综上所述 , 湖南省电站锅炉在此次冰灾中暴

24、露定的开度 , 仪用压缩空气的干燥机应可靠投入 , 投出来了诸多问题 , 修订并完善电站锅炉防冻措施及入数量应适当加大。对系统死角部位应加强巡视 ,预案的工作刻不容缓 , 逐步在制度上完善天气响应(), 并采机制并且能在需要时快速有效的启动是关键。此有冻结时及时融冰 敲击和火焰加热融冰用包裹草绳的临时防冻措施。外 , 锅炉设计、安装部门亦应总结经验教训 , 盲目5. 5 燃运部门应加强对入炉煤的管理 , 原煤中夹追求经济性而忽略安全性的做法应得到遏制。带的冰块和积雪应在卸车或翻车的过程中就予以清参考 文献除 , 防止原煤堵塞煤斗。特别是对于采用直吹式制粉系统的锅炉来说 , 原煤斗的堵塞将直接影响机组1 大唐石门发电有限责任公司防冻防滑措施 R 带负荷能力。没有条件清除的可以先存放于煤场 ,待冰雪融化后再使用。作者简介:5. 6 环境温度低于 10时应投入辅机油站的电加宾谊沅 ( 1979 -) , 男 , 湖南桃源人 , 工程师 , 主要从事电站锅热器。目前湖南省许多火电厂对辅机油系统的电加炉的调试、试验、锅检工作。尹晓峰( 1974 -) ,男,湖南衡阳人,工程师, 主要从事火电厂1热器认识不足 , 为节约厂用电 , 电加热投入率很低。冬季润滑油温偏低时 , 宁愿退出油站冷却水也不投入