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輸配電線路桿塔接地改良淺析

文檔作者：江明文檔來源：恭城水利電業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月14日
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彥 它景 分析與應用
GUANGXIDIANYE
輸配電線路桿塔接地改良淺析
江 明
(恭城水利電業(yè)有限公司，廣西恭城縣542500)
【摘要】在廣西北部地區(qū)，線路所經(jīng)地區(qū)多為地形十分復雜的山區(qū)，雷電活動強烈，土壤電阻率也較高，據(jù)近幾年的運行數(shù)
據(jù)表明，因雷擊造成35-1lOkV線路的事故頻頻發(fā)生，線路因雷電跳閘率高，供電可靠性較差，嚴重影響人民群眾生產(chǎn)生活和供
電企業(yè)效益。降低桿塔接地裝置的接地電阻是提高輸變電線路耐雷水平，降低線路雷擊跳閘率的主要措施之一。對于線路桿塔接
地裝置，它的接地電阻值越低，雷擊時，發(fā)生反擊閃絡的機率就越小。對于多石少土山區(qū)線路桿塔，用傳統(tǒng)施工方法施工往往使桿
塔接地裝置的接地電阻很難達到要求。筆者根據(jù)多年施工經(jīng)驗，提出一種既經(jīng)濟適用又效果顯著的降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷
接地電阻的方法，與同行交流。
【關鍵詞】雷電；接地電阻；接地模塊；降阻劑；線路桿塔
1 技術(shù)分析
1．1 雷電危害
輸配電線路桿塔接地裝置的接地電阻對輸配電線路的防
雷至關重要，特別是對輸配電線路的耐雷水平影響較大。廣西
恭城縣地處桂北山區(qū)，線路沿途地質(zhì)多屬石多土少地帶，土壤
電阻率高且地形、地勢復雜，交通不便，施工難度大，桿塔接地
電阻普通偏高。恭城35kV蘭平線路、1lOkV虎燕線路的桿塔有
許多接地電阻偏高，有的甚至高達100多歐，甚至有個別高山
巖石上的桿塔電阻儀無法測出。線路投運后頻發(fā)跳閘事故，春
夏尤其嚴重，跳閘率極高。經(jīng)查發(fā)生雷害事故的桿塔均為接地
電阻偏高的桿塔。對送電線路雷害事故進行深入的調(diào)查還發(fā)
現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生雷害事故的線路段，一般都是若干基桿塔接地電
阻連續(xù)偏高，或有大跨越、大檔距存在。這是因為在這些地段
一旦桿塔遭受雷擊，相鄰桿塔不能有效分流，而被擊桿塔流過
大部分的雷電流，由于接地電阻較高造成了較高的塔頂電位，
一旦絕緣子串兩端的電位差大于絕緣子中的50％沖擊放電電
壓，絕緣子則發(fā)生擊穿— —即“反擊”所致。雷電直擊在輸電線
路上的避雷線，如果接地電阻過大，就會對線路造成損傷或擊
穿瓷瓶造成接地或短路跳閘，從而造成停電事故。高山桿塔由
于路途遙遠，攀爬困難，使得對故障線路的故障點查找和搶修
恢復及更換一次設備非常困難，造成的結(jié)果是該條線路的停
電次數(shù)多且每次停電的時間長，供電可靠率根本無法達標。
1．2 雷電形成
雷電主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間
的電位差達到一定程度(25～30 kV／cm)時所發(fā)生的劇烈放電
固 2012．8(總第148期)
現(xiàn)象。通常雷擊有三種形式：直擊雷、感應雷、球形雷。習慣上
常用年平均雷暴13數(shù)、年平均地面落雷密度和年雷閃頻數(shù)來
表征某個地方雷電活動的頻繁程度和強度。大量觀測統(tǒng)計資
料表明，一個地區(qū)的雷閃頻數(shù)與雷暴13數(shù)成線性關系。我國一
般按年平均雷暴13數(shù)將雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷
區(qū)、強雷區(qū)。我國的雷電活動，夏季最活躍，冬季最少。
1．3 接地電阻
輸配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，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。由于桿塔位處地形及地質(zhì)條件多樣，由于利
益驅(qū)動，一般桿塔接地設計多為常規(guī)套用，很少因地制宜針對
設計，使得按原設計接地型式及常規(guī)施工方法已難以使送電
線路桿塔接地電阻達到規(guī)程要求，因此有必要對原有接地型式
進行優(yōu)化設計及改良。
輸配電線路桿塔接地裝置通過桿塔或引下線與避雷線相
連，其主要作用是將直擊于輸電線路的雷電流引入大地，以減
少雷擊引起的停電和人身傷亡事故。無疑。降低桿塔接地裝置
的接地電阻是提高線路耐雷水平的一項十分重要的措施。對
于桿塔接地裝置，接地電阻值越低，雷擊線路導致發(fā)生反擊閃
絡的幾率就越小。在沖擊電流作用下，接地裝置的沖擊接地電
阻一般低于工頻接地電阻。沖擊接地電阻因土壤性質(zhì)、沖擊電
流峰值及波形、接地裝置的幾何形狀不同而相差很大。因此常
以工頻電阻值作為接地設計的依據(jù)，同時考慮一定的降低裕
度。在35～llOkV輸配電線路設計規(guī)程中，帶避雷線桿塔工頻
接地電阻為10～15Q。
恭城35～1 lOkV輸配電線路的特點是路徑較長，途經(jīng)的地
理條件比較復雜，經(jīng)常會遇到山上都是石頭，或者多石少土的
情況。通常的施工方法很難達到要求，經(jīng)常是花費了很大的人
分析與應用
力、物力，接地電阻還是達不到要求。有的接地電阻甚至高達
幾百Q(mào)，導致在雷雨季節(jié)，線路頻遭雷擊跳閘。而山區(qū)大部分
桿塔都建在高山上，又增加了遭受雷擊的概率。針對這種普遍
存在的現(xiàn)象，筆者根據(jù)多年的施工經(jīng)驗，并深入研究，摸索出
一種既經(jīng)濟適用又效果明顯的降低高山輸配電線路桿塔接地
電阻的方法，現(xiàn)提出與大家共享。
2 常用接地方法分析
電力系統(tǒng)通常采用放射法埋設鋼筋來降低接地電阻，這
種方法對于土壤接地電阻率條件較好的地方，還可以做到。但
是對于接地電阻率高的地區(qū)或者石頭很多基本沒有泥土的地
方幾乎沒有效果。我們知道，當水平接地體長度增加時，電感
的影響隨之增大，從而使沖擊系數(shù)增大，當接地體達到一定長
度后，再增加其長度，沖擊接地電阻也不再下降。筆者在施工
現(xiàn)場就遇到過用搖表測不出接地電阻的情況，原因就是對應
接地電阻率在1000～2000f~·m時水平接地體的長度應該在
60—80m，而實際山上根本就沒有這么長的地段是由泥土組成
的，而鋼筋埋在石頭中根本無法發(fā)揮作用。這也是這基桿塔經(jīng)
常因遭雷擊而引起跳閘的原因。
3 特殊土質(zhì)接地電阻分析
根據(jù)現(xiàn)場實測總結(jié)，主要有以下幾種情況：
3．1 土加石頭覆蓋層表面植被較好，但下層基本屬于巖
石層，接地電阻率很高。
3．2 由于風化和人為措施造成基本以碎石子為主體，泥
土較少，表面看來植被較好，但由于泥土少石子問空隙較大，
接地電阻率非常高。
3_3 表面看來大部分是泥土。但由于土質(zhì)堅硬沙土的顆
粒較大，基本屬于風化巖顆粒，造成本身接地電阻率極高，加
水后可適度減低，但是該種土壤保水性極差，滲透快。
3-4 鐵塔建在巖石上，幾乎沒有土壤和其它粉末狀介質(zhì)，
即使埋設了鋼筋，由于與周圍無法形成統(tǒng)一地網(wǎng)，不能建立起
有效的溝通，造成接地電阻極大。難于滿足雷電釋放的要求，
從而引起跳閘。上述四種情況帶來以下幾方面的問題：
3．4．1 土壤的接地電阻率高，介質(zhì)保水性不好，鋼筋不能
及時將雷電流有效泄放。
3．4．2 土壤和接地體之間沒有建立起有效的溝通，有效
接觸面積不足。
3．4．3 水土流失嚴重，接地體腐蝕損壞嚴重。很難長期保
GUANGXIDIANYE
店 它景
持穩(wěn)定的接地電阻。
3．4．5 改善接地電阻的方法眾所周知，接地網(wǎng)的電阻由
以下幾部分構(gòu)成：
3．4．5．1 接地引線電阻，是指由接地體至設備接地母線間
引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)有關。
3．4．5．2 接地體本身的電阻，其阻值與接地體的幾何尺寸
和材質(zhì)有關。
3．4．5．3 接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值與土壤的
性質(zhì)、顆粒、含水量、土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程
度有關。
3．4．5．4 從接地體開始向遠處(20m)擴散電流所經(jīng)過的
路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤
的含水量。接地電阻雖由四部分構(gòu)成，但起決定作用的是接地
體接觸電阻及散流電阻。所以，本文從接地體的最佳埋設深
度、不等長接地體技術(shù)，以及改善介質(zhì)情況等多個方面來考慮
降低接觸電阻和散流電阻。
4 技術(shù)改良
4．1 采用新型接地極材料
采用優(yōu)質(zhì)非金屬接地模塊，如長沙培斯特防雷科技有限
公司生產(chǎn)的BST—F接地模塊、深圳市安泰防雷接地技術(shù)有限
公司AT—MKFK接地模塊。這些接地模塊在產(chǎn)品說明上都有
詳細參數(shù)，在此不贅述。它們的優(yōu)點是便于在小區(qū)域內(nèi)施工，
尤其適合在土少石多的石山區(qū)，減少占用土地面積，便于施
工，造價相對便宜，經(jīng)濟性較好。使用接地模塊既能最大限度
地降低接地電阻，提高接地效率，又能保證接地體長期保持工
作穩(wěn)定，具有吸濕、保濕特性，經(jīng)多次大電流沖擊，阻值無增
大，模塊也無變硬、發(fā)脆、斷裂現(xiàn)象，能經(jīng)受高氣溫及低氣溫，
多地區(qū)適用。能減少地電位反擊，接地模塊的非金屬材料使電
阻率相差巨大的金屬與土壤之間形成一個變化比較平緩的低
電阻區(qū)域，當大電流沖擊時，可降低接地體、接地線暫態(tài)電位
梯度，降低跨步電壓和接觸電壓，減少發(fā)生地電位反擊的概
率。
4．2 采用新型抗腐蝕降阻劑
接地降阻劑是用于防雷、防靜電、防干擾接地工程中降低
接地電阻的產(chǎn)品。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對接地裝置的接地電
阻值要求越來越高，傳統(tǒng)的方法是加大接地網(wǎng)，形成多點接
地，在高電阻率土壤地區(qū)，則還要在較大范圍內(nèi)換上低電阻率
土壤，或在接地體周圍埋入食鹽、水和木炭。這些方法有的要
耗費大量的鋼材，有的降阻效果有限，有的有效期短，如食鹽
法不僅在幾個月內(nèi)就失效，還嚴重腐蝕接地體，而且在很大程
2012．8(總第148期) 固
店 它景 分析與應用
GUANG XIDIANYE
度上會破壞當?shù)赝寥?，從而破壞生態(tài)環(huán)境。因此，國外自本世
紀60年代開始了長效化學接地降阻劑的研制，在80年代，固
體長效降阻劑實現(xiàn)了商品化。近年來，國際和國內(nèi)越來越多的
采用接人地極銅棒的方法來實現(xiàn)防雷接地的低電阻，采用地
極銅棒在施工范圍小、電阻下降要求高、節(jié)省施工時間和施工
效果好的方面比前幾種方法要好的多。
研究表明，金屬接地體直接埋入土中時，其有效接觸面積
受土壤顆粒大小影響而僅有40％～70％，土壤顆粒愈大，有效
接觸面積愈小。此外，由于金屬接地體與土壤的電阻率相差太
大，兩者之間存在著電阻率突增帶，這種電阻率突增將會導致
對電流的阻抗增加，這對雷擊過電流的疏導是十分不利的，有
可能出現(xiàn)小電流測試時接地網(wǎng)電阻值不高，但雷擊時電氣設
備暫態(tài)電位激增，從而損壞線路和設備。同時，土壤中存在著
空氣和水分，天長日久，將會導致金屬接地體腐蝕，從而造成
整個接地網(wǎng)的報廢。這種情況在低土壤電阻率地區(qū)尤為嚴重。
為解決上述問題，在分析了國內(nèi)外各種降阻劑的優(yōu)缺點
之后，取長補短，我們采用了青島膠南接地降阻劑廠運用高科
技的表面改性技術(shù)，生產(chǎn)的接地降阻劑。其本身的電阻率低，
僅1-3Q·m，比原武高所提出的規(guī)定值低40％ 80％。而且顆
粒極細，凝固前對土壤有良好的滲透性，將其施用于接地體和
土壤之間，在凝固后，降阻劑就緊密地包裹在接地體周圍，并
與土壤層呈“樹根”狀交叉連接，延伸到土壤層深處。因此，由
于金屬接地體的有效接觸面增大，以及降阻劑本身也成為接
地體，從而增加了接地體的幾何尺寸，起到了擴大地網(wǎng)的作
用，降低了接地電阻。由于接地體周圍的土壤電阻率降低，使
電阻率的變化也趨于平緩，消除了電阻率突增帶，便于雷擊過
電流在低電位下迅速進入大地，從而保證了設備、線路的安
全。
本系列產(chǎn)品與一般降阻劑產(chǎn)品相比，最突出的優(yōu)點是不
僅本身對接地體無腐蝕，還具有很強的抗腐蝕保護能力，無論
是在一般環(huán)境中還是在強腐蝕性環(huán)境中均能保護普通碳鋼免
受腐蝕，而且受氣候等自然條件影響小，一年中的降阻率最大
值與平均值之比小于1．4(原武高所規(guī)定值是4個月內(nèi)的比值
小于1．5)一年中的接地電阻值最大值與最小值之差小于平均
值的50％。因此，可充分保證其降阻效果的長期穩(wěn)定，延長接
地網(wǎng)的使用壽命．
4．3 抗腐蝕降阻劑產(chǎn)品性能：
外觀：灰黑色至黑色粉末；
PH ：>9：
粒度：200目篩下≥95％；
室溫電阻率：≤3Q·M；
完全凝固時期：小于24小時；
圍 2012．8(總第148期)
降阻率：30％一85％；
腐蝕性：抗腐蝕；
污染性：無毒，無污染；
有效期：>30年。
4．4 施工方法：
4．4．1 接地體及降阻劑施工
挖1米寬接地坑，深度以達到當?shù)貎鐾辽疃纫韵?無凍土
時以1．5米深為宜)，根據(jù)各地的不同土質(zhì)，所挖深度為
1．4-1．8米之間，長度為4-9米。將5×50鍍鋅鋼排用電焊做成
網(wǎng)狀，置于坑中，并在溝底將1．5m長、25ram的l6根鍍鋅垂直
打人地下，且與接地網(wǎng)連接，在坑底用5～10cm左右墊物墊平、
澆水將坑底土壤濕潤，同時，在接地溝邊置一灰斗，將降阻劑
干粉倒于其中，澆水(水必須澆透)并攪拌均勻，然后將攪拌成
糊狀降阻劑均勻連續(xù)地澆灌在接地體周圍，待降阻劑凝固后
先將好的土壤覆蓋接地體，然后再加添原土夯實，。
4．4．2 用量
水平接地：接地體濕狀埋設，每坑用量為75 100公斤。
接地體做完后，用5×50鍍鋅鋼排與接地體用電焊連接，
并做防腐處理，引至桿塔，并可靠連接。
綜上所述，送電線路桿塔接地改良，采用新型材料的接地
模塊替代傳統(tǒng)接地極，采用長效復合降阻劑灌注法解決山地
石頭之間縫隙的連貫性問題，進而連接零散的小片土地。并通
過液態(tài)降阻劑的流動產(chǎn)生的樹根效應來擴大地網(wǎng)的接觸面
積，降低地網(wǎng)接地電阻值，效果非常顯著。經(jīng)過改造的地網(wǎng)阻
值穩(wěn)定持久，既解決了雷擊電流泄放的問題，又節(jié)約了維護費
用。實踐證明，經(jīng)過施工改造，原來接地電阻不合格的，現(xiàn)在都
合格且穩(wěn)定。通過運行考核，這種施工方法是一種經(jīng)濟實用的
有效方法，值得推廣。
參考文獻
【1】龐宇貴陽市南供電局((35kV線路桿塔接地電阻測量及存在
的問題》
[2]《貴州電力技術(shù)}2006年第lO期
[3】《廣西壯族自治區(qū)防御雷電災害管理辦法>>2oo1年3月1 13起
施行
【4]輸配電設備網(wǎng)
[5]計算機互聯(lián)網(wǎng)絡

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