李壽萬

摘要：對高壓架空輸電線路桿塔接地電阻偏高的問題進行了探討和分析，并提出了解決措施。
關鍵詞：輸電線路工程；桿塔接地；接地電阻；電力系統(tǒng)；降阻；防腐
Abstract: high voltage overhead transmission lines tower of grounding resistance on the high side of the problem was discussed and analyzed, and the solutions.
Keywords: transmission line engineering; Tower grounding; Grounding resistance; Electric power system; The resistance reduction; anticorrosive


中圖分類號：TM715     文獻標識碼：A       文章編號：
前言
高壓架空輸電線路桿塔接地對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關重要。迄今為止，國內外高壓和超高壓輸電線路事故跳閘統(tǒng)計數(shù)字表明，由雷電引起者占30～50%。如：昆明地區(qū)線路跳閘事故35kV雷擊跳閘占48%，110kV雷擊跳閘占42%，220kV雷擊跳閘占30%。美國500kV系統(tǒng)雷擊跳閘占30%，161kV系統(tǒng)雷擊跳閘占72%。我省500kV漫昆線雷擊跳閘也占事故跳閘的大多數(shù)。而降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施。由于桿塔接地不良而發(fā)生的雷害事故所占線路故障率的比例相當高，這主要是由于雷擊桿頂或避雷線時，雷電流通過桿塔接地裝置入地，因接地電阻偏高，從而產生了較高的反擊電壓所致。這一點從以往的高壓輸電線路運行事故調查中可以得到證實，即易發(fā)生雷擊故障的桿塔，大都接地電阻偏高。因此，高壓架空輸電線路的接地對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關重要，是電網供電可靠的一個重要課題。
這里對輸電線路桿塔接地裝置的設計及接地電阻偏高的原因進行了探討和研究，并提出了降低輸電線路桿塔接地電阻的措施。
2　輸電線路桿塔接地電阻偏高的原因分析
輸電線路的雷擊跳閘率與輸電線路桿塔接地電阻密切相關。輸電線路桿塔接地電阻偏高的地段，往往是地形復雜、交通不便，土壤電阻率較高的地段。這些地方往往也是雷電活動強烈的地區(qū)。因而，研究桿塔接地電阻偏高的原因并采取有效的降阻措施是擺在我們面前亟待解決又非常艱難的任務。輸電線路和桿塔接地電阻偏高的原因是多方面的，仔細歸納起來有以下幾個方面的原因。
2.1　客觀條件方面的原因
a．土壤電阻率偏高。特別是山區(qū)，由于土壤電阻率偏高，對桿塔的接地電阻影響較大。據(jù)調查，接地電阻超標的桿塔所處地段的土壤電阻率大都在2500Ω.m 以上，有的地段甚至高達8000Ω.m～10000Ω.m。
b．地形復雜、地質條件差，土層薄或根本沒有土層。山區(qū)桿塔所在地段為巖石，如保山市騰沖縣石頭山至隆陽區(qū)王家山110kV輸電線路工程中石頭山一段的一些桿塔，所處地段基本上都是巖石（玄武巖），這就給接地裝置的施工帶來了極大的困難。
c．土壤干燥。在北方干旱地區(qū)、沙漠、戈壁灘，土層相當干燥，而大地導電基本上是靠離子導電，而可以離解的各類無機鹽類只有在有水的情況下才能離解為導電的離子，干燥的土壤導電能力是非常差的，這是北方干旱地區(qū)、沙漠、戈壁灘桿塔接地電阻偏高的原因。
2.2　勘察設計方面的原因
在山區(qū)復雜地形的地段，由于土壤不均勻，土壤電阻率變化較大，這就需要對每基桿塔進行認真的勘察、測量。根據(jù)每基桿塔的地形、地勢、地質情況，設計出切合實際的接地裝置。因此，勘察設計人員的勞動強度是相當大的，于是一些勘察設計人員在設計桿塔接地裝置時就容易出現(xiàn)如下問題：
a．不是到每基桿塔所在位置測量土壤電阻率及其分布，而是想當然地取一個平均值，這樣，土壤電阻率的取值就與各基塔位現(xiàn)場實際出入較大。
b．不根據(jù)每基桿塔的地形、地勢情況合理設計桿塔接地裝置并計算其接地電阻，而是套用一些典型設計或現(xiàn)成的圖紙。這樣的設計往往與現(xiàn)場情況不符。現(xiàn)場很難按圖施工。這樣從設計上就留下了先天性的不足，造成一部分桿塔的接地電阻偏高。
2. 3　施工方面的問題
對于輸電線路桿塔的接地來說，精心設計雖然重要，但嚴格施工更重要。因為輸電線路要經過地區(qū)很廣，往往需要經過地形復雜、交通不便的山川、河流。特別是位于玄武巖區(qū)的桿塔，水平接地溝槽的開挖和垂直接地極的打入都十分困難，而接地工程又屬于隱蔽工程，如施工過程中不能實行全過程的技術監(jiān)督，就會出現(xiàn)如下一些問題：
a．不按圖施工。尤其是在施工困難的山區(qū)、巖石地區(qū)，偷工減料不按圖施工的現(xiàn)象屢有發(fā)生，如水平接地體敷設長度不夠，少打垂直接地極等。
b．接地體埋深不夠。特別是山區(qū)、巖石地區(qū)，由于開挖困難，接地體的埋深往往不夠，由于埋深不夠會直接影響接地電阻值。再者，上層土壤容易干燥，受氣候的影響也大，在北方冬季還會受凍土層的影響。另外由于上層土壤中含氧量高，對接地體的腐蝕也就較快。
c．回填土的問題。在GB 30169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》中要求用細土回填，并分層夯實，可在實際施工時往往很難做到，尤其是在巖石地段施工時，由于取土不便，往往采用開挖出的碎石回填，這樣接地體就不能與周圍土壤保持可靠的電接觸，同時還會加快接地體的腐蝕速度。
d，采用化學降阻劑或木碳食鹽降阻。采用化學降阻劑或木碳食鹽降阻，會在短期內收到降阻效果，但這是不穩(wěn)定的。因為化學降阻劑和食鹽會隨雨水而流失，并加速接地體的腐蝕，在以后的時間內接地電阻迅速反彈，并縮短接地裝置的使用壽命，這已被大量的工程實踐所證明。
2.4　運行維護方面的問題
有些桿塔的接地裝置在建成初期是合格的，但經一定的運行周期后，桿塔接地電阻會變大，這除了前面介紹的由于施工時留下的隱患外，以下一些問題值得我們注意。
a．由于接地體的腐蝕，使接地體與周圍土壤的接觸電阻變大，特別是在山區(qū)酸性土壤中，接地體的腐蝕速度是相當快的，如焊接頭處因腐蝕斷裂會造成一部分接地體脫離接地裝置。
b．在山坡地帶，因水土流失而使一些接地體離開土壤外露。
c．桿塔接地引下線與接地裝置的連接螺絲因銹蝕而使回路電阻變大或形成電氣上的開路。
d．桿塔接地引下線接地極被盜或受外力破壞。這些現(xiàn)象在過去也時有發(fā)生。
3  輸電線路桿塔接地的一般要求
3.1關于桿塔的接地電阻，在GB_50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范》中做了如下規(guī)定：
有地線的桿塔應接地，在雷季干燥時，每基桿塔不連地線的工頻接地電阻不宜超過表1所規(guī)定數(shù)值。
表1　有避雷線的線路桿塔的工頻接地電阻
土壤電阻率(Ω.m ) ≤100 100～ 150 500～ 1 000 1 000～ 2 000 > 2 000
工頻接地電阻(Ω ) 10 15 20 25 30
注：如土壤電阻率超過2 000Ω.m，接地電阻很難降低到30Ω以下時，可采用6～ 8 根總長不超過500m 的放射形接地體或采用連續(xù)伸長接地體，接地電阻不受限制。
在《110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范》GB_50545-2010中對桿塔接地電阻的要求是隨著桿塔所在位置的土壤電阻率的升高而放寬的。這是考慮到投資與電網安全的綜合關系。在雷電活動強烈的地方和經常發(fā)生雷擊故障的桿塔和線段，應盡可能地降低桿塔接地電阻。
3.2 對桿塔接地裝置的形式，在DL/TG21-1997《交流電氣裝置的接地》中作了一些具體的規(guī)定。表2中特別對放射形接地極的長度進行了限制。這主要考慮到線路桿塔接地是以防雷為主要目的，來降低沖擊接地電阻的特征。
表2　桿塔放射形接地極每根的最大長度
土壤電阻率(Ω.m) ≤500 ≤1000 ≤2000 ≤5000
最大長度(m) 40 60 80 100
3.3 在GB 30169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》中還對接地裝置的施工、驗收提出了具體的要求。這些規(guī)定既考慮了線路的安全運行，特別是防止雷害事故的需要，又考慮了現(xiàn)場實際情況綜合給出的，對桿塔接地裝置的形狀、形式、放射長度、連接、埋深都做了具體的規(guī)定和要求，是指導我們進行桿塔接地設計和施工的依據(jù)。
4　降低輸電線路桿塔接地電阻的措施
要解決輸電線路桿塔接地電阻偏高的問題，首先要對接地電阻偏高的原因進行認真的分析，到現(xiàn)場進行認真的勘察測量，進行嚴格的計算設計，制定出切合實際的降阻措施，一般來說要做好以下工作：
(1) 勘察測量，要對每基桿塔所在位置的地形、地勢、地質情況進行準確勘察，測量桿塔四周的土壤電阻率及其分布情況，找出可以利用的地質結構。
(2) 調查線路經過地段的雷電活動情況和活動規(guī)律，決定所采取的防雷措施及其對桿塔接地電阻的要求。
(3) 調查線路桿塔經過地段土壤對鋼接地體的年腐蝕和土壤的酸堿度。
(4) 計算電網最大運行方式下的接地短路電流，以及線路的使用壽命，校核接地裝置的熱穩(wěn)定。
(5) 根據(jù)以上4 項內容進行計算，制定出切合實際的設計，并制定出切合實際的降阻措施和施工方案。
降低桿塔接地電阻的措施主要有：
①水平外延接地。如桿塔所在的地方有水平放設的地方。因為水平放設施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低沖擊接地電阻。
②深埋式接地極。如地下較深處的土壤電阻率較低，可用豎井式或深埋式接地極。在選擇埋設地點時應注意以下幾點：
a．選在地下水位較豐富及地下水位較高的地方。
b．桿塔附近如有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長或擴大接地體的幾何尺寸。
c．利用山巖的裂縫，插入接地極并灌入降阻劑。
d．鋪設水下接地裝置，如桿塔附近有水源，可以考慮利用這些水源在水底或岸邊布置接地極，可以收到很好的效果。
(6) 精心施工。設計圖紙和施工方案制定出后，就要到現(xiàn)場精心地組織施工。對水平接地體，垂直接地體的布置嚴格按設計要求布置，對各焊接頭的質量，降阻劑的使用，回填土每一個環(huán)節(jié)嚴格把關，對接地引下線的各連接頭要做防腐處理，對接地引下線直到與水平接地體連接處要刷瀝清漆和防腐漆進行防腐處理。對整個施工過程實行全過程的質量監(jiān)督。
(7) 加強運行維護。要針對桿塔接地裝置運行中容易發(fā)生的問題，加強運行維護和巡視檢查，及時進行缺陷處理。定期進行接地電阻和回路電阻測量，以保證輸電線路桿塔的接地一直處于良好的狀態(tài)。
5　結束語
輸電線路桿塔的接地工程是一個系統(tǒng)工程。要從勘察設計入手，對施工過程進行嚴格把關，還要落實到運行維護上。對接地電阻的降阻措施，要根據(jù)現(xiàn)場實際，做認真的技術經濟分析，從而找出切實可行的降阻措施，輸電線路桿塔的接地降阻處理的主要目的是防雷，所以應以降低沖擊接地電阻為主，那么所有的降阻措施都應圍繞這個目的進行，不宜采用特長的外延接地和較深的深井接地。但可以結合現(xiàn)場地形用放射形接地，深埋接地體和采用適當?shù)慕底鑴┑姆椒ㄟM行降阻。對具體的工程要做具體的技術經濟分析，做出切合實際的設計，并進行精心的施工。加強運行維護，才能收到理想的防雷效果。不應片面追求某一個指標，應該以保證電網安全穩(wěn)定運行為準則。




參考文獻：
[1] 　楊蘭，湯放奇，李景祿，送電線路桿塔接地降阻措施。中國高等學校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第20屆學術年會。2004(20)。
[2] 　 GB_50545-2010，110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范。
[3] 　 GB 30169-92，電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范。
[4] 　 DL/TG21-1997，交流電氣裝置的接地。

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