降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法

1、降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法        摘要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的一項(xiàng)十分重要的措施對(duì)于多石少土山區(qū)線路桿塔用傳統(tǒng)施工方法接地電阻很難達(dá)到要求，筆者根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)，提出一種既經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵詞 雷電 接地電阻接地模塊 降阻劑         1 雷電危害與接

2、地電阻        在架空輸電線路設(shè)計(jì)中，防雷設(shè)計(jì)是必須考慮的一個(gè)重要因素，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，雷擊輸電線路而引起的事故也日益增多，據(jù)資料介紹：在我國(guó)高壓輸電線路的總跳閘次數(shù)中， 由雷擊引起的約占40 70 ，尤其在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。         11 雷電危害        雷電主要

3、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(dá)到一定程度(2530 kVcm)時(shí)所發(fā)生的劇烈放電現(xiàn)象。通常雷擊有三種形式：直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。習(xí)慣上常用年平均雷暴日數(shù)、年平均地面落雷密度和年雷閃頻數(shù)，來(lái)表征某個(gè)地方雷電活動(dòng)的頻繁程度和強(qiáng)度。大量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料表明，一個(gè)地區(qū)的雷閃頻數(shù)與雷暴日數(shù)成線性關(guān)系。電力系統(tǒng)近年來(lái)由于雷害對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響逐年增加。我國(guó)一般按年平均雷暴日數(shù)將雷電活動(dòng)區(qū)分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)。我國(guó)的雷電活動(dòng)，夏季最活躍，冬季最少。全球分布是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。      &

4、#160; 當(dāng)雷電擊中接閃器。電流沿引下線向大地泄放時(shí)對(duì)地電位升高。有可能向臨近的物體跳擊，稱(chēng)為雷電“反擊”。雷電直擊在輸電線路上的避雷線，如果接地電阻過(guò)大，就會(huì)對(duì)線路造成損傷，斷路或擊穿瓷瓶造成短路跳閘。從而造成停電事故。高山桿塔不僅路途遙遠(yuǎn)，攀爬也很困難，更換一次設(shè)備非常困難，這給維護(hù)增加了許多難度，而跳閘率恰恰又是電力系統(tǒng)考核的一個(gè)重要指標(biāo)。由此可見(jiàn)接地系統(tǒng)在電力輸變線路防雷中的重要性。         12 接地電阻       

5、; 輸電線路桿塔接地裝置通過(guò)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(wú)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(xiàng)十分重要的措施。對(duì)于桿塔接地裝置。它的沖擊接地電阻值越低。雷擊,-tan在絕緣子串上的電壓就越低，發(fā)生反擊閃絡(luò)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(shè)計(jì)的依據(jù)同時(shí)考慮一定的降低裕度。在輸電線路設(shè)計(jì)中如果工頻接地電阻能達(dá)到1O一15 n，設(shè)計(jì)上即被認(rèn)為優(yōu)良 ；在超高

6、壓輸電線路中，多以不大于10 n作為接地電阻的要求。我國(guó)高壓輸電線路比較長(zhǎng)。途經(jīng)地區(qū)的地理?xiàng)l件比較復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)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(dá)到要求，經(jīng)常是花費(fèi)了很大的人力、物力，接地電阻還是達(dá)不到要求。有的接地電阻甚至高達(dá)幾百n，導(dǎo)致在雷雨季節(jié)。線路頻遭雷擊。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(duì)這種普遍存在的現(xiàn)象，筆者根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，并潛 tL,研究，摸索出一種既經(jīng)濟(jì)適用又效果明顯的降低高山輸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

7、        電力系統(tǒng)通常采用放射法埋設(shè)鋼筋來(lái)降低接地電阻這種方法對(duì)于土壤條件較好的地方，或者泥土較多的地方還可以做到。但是對(duì)于接地電阻率高的地區(qū)或者石頭很多基本沒(méi)有泥土的地方幾乎沒(méi)有效果。我們知道，當(dāng)水平接地體長(zhǎng)度增大時(shí)，電感的影響隨之增大，從而使沖擊系數(shù)增大，當(dāng)接地體達(dá)到一定長(zhǎng)度后，再增加其長(zhǎng)度，沖擊接地電阻也不再下降。筆者在施工現(xiàn)場(chǎng)就遇到過(guò)用搖表測(cè)不出接地電阻的情況，用4102表測(cè)到的電阻值在幾百n。原因就是對(duì)應(yīng)接地電阻率在1 0002 000 n·m時(shí)水平接地體的長(zhǎng)度應(yīng)該在6080 m，而實(shí)際山

8、上根本就沒(méi)有這么長(zhǎng)的地段是由泥土組成的，而鋼筋埋在石頭中根本無(wú)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。         21 特殊土質(zhì)接地電阻分析        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)總結(jié)主要有以下幾種情況：        a 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。      

9、  b 由于風(fēng)化和人為措施造成的基本以碎石子為主體，泥土較少，表面看來(lái)植被較好，但由于泥土少石子間空隙較大。接地電阻率非常高。         c 表面看來(lái)大部分是泥土。但由于土質(zhì)堅(jiān)硬沙土的顆粒較大，基本屬于風(fēng)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。         d 鐵塔建在巖石上，幾乎沒(méi)有土壤和其它粉末狀介質(zhì)，即使埋設(shè)了鋼筋，由于與周?chē)鸁o(wú)法形成統(tǒng)一地網(wǎng)，不能建立起有效的溝

10、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(lái)以下幾方面的問(wèn)題：         a 土壤的接地電阻率高，介質(zhì)保水性不好，鋼筋不能及時(shí)將雷電流有效泄放。         b 土壤和接地體之間沒(méi)有建立起有效的溝通，有效接觸面積不足。         c 水土流失嚴(yán)重，接地體腐蝕損壞嚴(yán)重。很難長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的接地電阻。 

11、60;       22 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：         a 接地引線電阻，是指由接地體至設(shè)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(guān)。         b 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(guān)。         c 接地

12、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(guān)。        d 從接地體開(kāi)始向遠(yuǎn)處(20 m)擴(kuò)散電流所經(jīng)過(guò)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(shè)深度、不等長(zhǎng)接地體技術(shù)，以及改善介質(zhì)情況等多個(gè)方面來(lái)考慮降低接觸電阻和散流電阻。         221 首先改變接

13、地極材料        采用哈爾濱恒電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)非金屬模塊hdml(已申報(bào)實(shí)用新型專(zhuān)利)作接地主體材料，該模塊尺寸為 275 mm×50 mm (圓片形)，質(zhì)量5 ，室溫下電阻率為0001 3 n·m，埋設(shè)于地面下50100cm的深度即可，模塊間用鍍鋅扁鋼連接。hdml模塊是采用500 kg以上的壓力制成，密度較大。它的體電阻接近于銅，較之市場(chǎng)上常見(jiàn)的接地模塊，接觸電阻小幾百倍以上。牢固程度好，受壓能力好，運(yùn)輸和使用過(guò)程中不易產(chǎn)生破損，理論使用壽命可以達(dá)到30年以上。更主要的是模塊間的連接

14、距離在60100 cm之間，便于在小區(qū)域內(nèi)施工，減少占用土地面積，造價(jià)相對(duì)便宜，經(jīng)濟(jì)性較好。使用該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(zhǎng)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(wú)增大，模塊也無(wú)變硬、發(fā)脆、斷裂現(xiàn)象，能經(jīng)受一40 的低溫，北方高寒地區(qū)同樣適用。能減少地電位反擊：hdml系列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(gè)變化比較平緩的低電阻區(qū)域，當(dāng)大電流沖擊時(shí)，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。      

15、0; 222 選用長(zhǎng)效復(fù)合降阻劑       參照武漢高壓所提出的接地降阻劑暫行技術(shù)條件(1991年修改稿)，降阻劑之所以能降低土壤接地電阻，主要有以下三方面的作用：        a 降阻劑本身的電阻率應(yīng)很低，一般都應(yīng)小于5 n·m。把降阻劑包在接地體周?chē)?，同土壤的電阻率相比，降阻劑的電阻率一般要小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此可忽略降阻劑的電阻，把降阻劑視為金屬，這就相當(dāng)于把接地體尺寸增大，達(dá)到降低接地電阻的目的。    &#

16、160;   b 降阻劑的使用增大了接地體與土壤的接觸面積，減少了接地體與土壤之間的接觸電阻，且具有吸潮性，保持接地體附近土壤的潮濕性。        e 在接地體周?chē)褂霉腆w降阻劑 敷設(shè)時(shí)的糊狀降阻劑漿液會(huì)在土壤一定范圍內(nèi)滲透，并向外擴(kuò)散。使?jié)B透區(qū)間的土壤電阻率大大降低。        目前降阻劑配方各異、質(zhì)量參差不齊、價(jià)格特殊、用量不一，因此要慎重選擇降阻劑。在優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量和施工方便的前提下。再考慮價(jià)格以及用量等問(wèn)題，

17、并著重考慮產(chǎn)品以下幾方面的技術(shù)特性：         a 降阻特性。根據(jù)接地降阻劑暫行技術(shù)條件規(guī)定，室溫(25 ±15)下降阻劑在工頻小電流的電阻率應(yīng)小于5 n·m，對(duì)于電阻率在100 n·m左右，甚至更高的地區(qū)來(lái)說(shuō)，應(yīng)要求降阻劑的電阻率接近l n·m，才能有效降低接地電阻。通常采用降阻劑的電阻率比土壤電阻率小20倍以上。        b 降阻劑的腐蝕性。降阻劑的使用應(yīng)對(duì)接地金屬無(wú)腐蝕作用，最好

18、是能保護(hù)金屬不受腐蝕，接地降阻劑暫行技術(shù)條件規(guī)定，在實(shí)驗(yàn)室的試塊中表面腐蝕率應(yīng)不大于003 mm年，在埋地的金屬腐蝕試驗(yàn)中表面平均腐蝕率應(yīng)不大于005 mm年。一般要求，降阻劑呈弱堿性，且降阻劑漿料在24小時(shí)內(nèi)應(yīng)能完全凝固。從化學(xué)角度看，一方面，降阻劑呈弱堿性對(duì)接地電極有一定的保護(hù)作用；另一方面，降阻劑如不能凝固，不僅降阻劑會(huì)隨地下水流失浸泡在導(dǎo)電漿液中的電極也會(huì)加速腐蝕，相反凝固后的降阻劑將成為金屬電極的固體保護(hù)層，隔離土壤中腐蝕液體的浸入。         c 降阻劑的穩(wěn)定性。使用降阻劑后，希望接地電阻穩(wěn)定，即

19、降阻劑的性能不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，降阻劑的導(dǎo)電物質(zhì)不會(huì)隨地下水流失，也就是說(shuō)穩(wěn)定性的好壞決定了降阻劑的壽命長(zhǎng)短。在接地極周?chē)笤O(shè)了降阻劑后， 可以起到增大接地極外形尺寸， 降低與其周?chē)蟮亟橘|(zhì)之間接觸電阻的作用，能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時(shí)，其降阻效果較為顯著。        筆者所采用的復(fù)合長(zhǎng)效降阻劑(粉劑、水劑)是在吸取國(guó)內(nèi)外多種降阻劑優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種新型復(fù)合降阻劑， 經(jīng)多次實(shí)踐、改進(jìn)，成為降阻劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品。該降阻劑以高分子有機(jī)物與強(qiáng)電解質(zhì)的無(wú)機(jī)物相混合，加入引發(fā)劑

20、后，發(fā)生化學(xué)變化，生成固液共存狀態(tài)的硬化樹(shù)脂凝膠體。不易溶解和流失，具有良好的導(dǎo)電性，且降阻效果能長(zhǎng)期保持。由于該產(chǎn)品具有像水一樣的流動(dòng)性， 在施工澆注后，形成一個(gè)很強(qiáng)的密實(shí)體，產(chǎn)生較好的樹(shù)根效應(yīng)有效地?cái)U(kuò)大了導(dǎo)體的等效直徑與土壤的接觸面積，更進(jìn)一步降低了接地電阻。降阻劑凝固后形成的凝膠體具有吸水性、保水性、滲透能力強(qiáng)、高導(dǎo)電性等特點(diǎn)，降阻效果明顯、持久，使用初期阻值逐步下降，最后趨于穩(wěn)定，可保持15年以上。該降阻劑是一種良好的導(dǎo)電體，將它使用于接地體與土壤之間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的面積承受電流能量；另一方面它能向周?chē)寥罎B透， 降低周?chē)寥离娮杪剩?在接地體周?chē)纬梢粋€(gè)

21、變化平緩的低電阻區(qū)域。凝固后的降阻劑(PH =97)結(jié)構(gòu)緊密，對(duì)電極有防腐蝕保護(hù)作用。通過(guò)降阻劑的滲透，進(jìn)一步擴(kuò)大模塊和周?chē)橘|(zhì)的有效接觸區(qū)域，使電流能夠通暢地泄放入地。         223 使用降阻劑形成放射通道擴(kuò)大有效區(qū)域        由于介質(zhì)條件不好在地網(wǎng)周邊區(qū)域可能根本就沒(méi)有導(dǎo)電性，這就必須利用降阻劑的特性敷設(shè)放射通道來(lái)連接周?chē)型寥赖膮^(qū)域，通過(guò)這種連接擴(kuò)大地網(wǎng)的泄放通道，增大地網(wǎng)接觸面積，并可跨越斷層產(chǎn)生連續(xù)的地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。就像我們所

22、熟知的，許多山上經(jīng)常只有小區(qū)域的地有泥土而且彼此不連貫，中間隔著的一般是巖石斷層或者碎石斷層處理這種斷層采用普通降阻劑是沒(méi)法實(shí)現(xiàn)的，即使勉強(qiáng)做了也會(huì)由于雨水的沖刷而流失不能長(zhǎng)久保持。筆者所采用的降阻劑是將幾種不同的礦物質(zhì)在水中混合、溶解，然后加入引發(fā)劑，發(fā)生化學(xué)變化，生成固液共存狀態(tài)的樹(shù)脂凝膠體，不易溶解和流失，具有良好的導(dǎo)電性，且降阻效果能長(zhǎng)期保持。由于液體的流動(dòng)性極好，能夠最大限度地滲透到土壤和砂石間的縫隙之中，凝固后將山石之間的空間填實(shí)，將原本相互之間沒(méi)有連接的巖石連接起來(lái)，增大泄流面積；同時(shí)通過(guò)降阻劑的作用，將原本分離的區(qū)域連接起來(lái)，形成較大的散流面積，更進(jìn)一步降低了接地電阻。在不同的

23、地質(zhì)條件下，其降阻率與常規(guī)方法相比可降低1015倍。通過(guò)降阻劑滲透到碎石縫中將碎石有機(jī)地結(jié)合起來(lái)形成一片有效區(qū)域?qū)鄬幼兂傻碗娮杪实膶?dǎo)電區(qū)域有利于雷電流的泄放。        23 施工材料用量        231 接地模塊用量        根據(jù)多年使用接地模塊建造地網(wǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下模塊用量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：據(jù)此計(jì)算出模塊的使用數(shù)量為15塊，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的特殊性和保險(xiǎn)因素

24、確定模塊的使用量為16塊。         232 降阻劑用量         降阻劑的配套用量為每塊接地模塊對(duì)應(yīng)一份，四塊配一箱每箱降阻劑的有效使用量為100 kg，每份降阻劑可以完成4延長(zhǎng)米的澆注，每箱可以實(shí)現(xiàn)15延長(zhǎng)米的澆注連接，兩箱降阻劑可以實(shí)現(xiàn)3O米延長(zhǎng)區(qū)域的通道澆注敷設(shè)。因此，降阻劑配套用量每基桿塔六箱就可以實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的接地效果。         24 施工方法         a 深植層敷設(shè)。首先在桿塔附近尋找到可以埋設(shè)模塊的地形挖出深度061 m，寬度03 m的深溝。將降阻劑調(diào)好澆入溝底作第一次深植層，降阻劑滲入溝底下層構(gòu)成樹(shù)枝狀延伸。此時(shí)的降阻劑用量需要比較大，凝固時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)一些，大約在3060s之間，滲入深度在0306 m之間， 以便