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時間：2021.03.07創(chuàng)作：歐陽德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十分重要的措施.對于多石少土 山區(qū)線路桿塔.用傳統施工方法接地電阻很難達到要 求，筆者根據多年施工經驗，提出一種既經濟適用又 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1雷電危害與接地電阻在架空輸電線路設計中，防雷設計是必須考慮的 一個重要因素，隨著電力系統的發(fā)展，雷擊輸電線路 而引起的事故也日益增多，據資料介紹：在我國高壓 輸電線路的總跳閘次數中，由雷擊引起的約占40% 70%，尤其在雷電活動強烈、土壤

2、電阻率高、地形 復雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高，造成巨大的經濟損失。1-1雷電危害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(2530 kV/cm)時所 發(fā)生的劇烈放電現象。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日數、 年平均地面落雷密度和年雷閃頻數，來表征某個地方 雷電活動的頻繁程度和強度。大量觀測統計資料表 明，一個地區(qū)的雷閃頻數與雷暴日數成線性關系。電 力系統近年來由于雷害對系統運行產生的影響逐年增 加。我國一般按年平均雷暴日數將雷電活動區(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。全球

3、分布是赤道附近最活 躍，隨緯度升高而減少，極地最少。當雷電擊中接閃器。電流沿引下線向大地泄放時 對地電位升高。有可能向臨近的物體跳擊，稱為雷電 “反擊”。雷電直擊在輸電線路上的避雷線，如果接 地電阻過大，就會對線路造成損傷，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，攀爬也很困難，更換一次設備非常困難，這 給維護增加了許多難度，而跳閘率恰恰又是電力系統 考核的一個重要指標。由此可見接地系統在電力輸變 線路防雷中的重要性。1 2接地電阻輸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

4、。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。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、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.同時考慮一定的降 低裕度。在輸電線路設計中.如果工頻接地電阻能達 到1O 15 n,設計上即被認為優(yōu)良；在超高壓輸電 線路中，多以不大于10 n作為接地電阻的要求。我國 高壓輸電線路比較長。途經地區(qū)的地理條件比較復 雜，經常

5、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，經常是花費了很 大的人力、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n,導致在雷雨季節(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。針對這種普遍存在的現象，筆者根據 多年的施工經驗，并潛tL,研究，摸索出一種既經濟適 用又效果明顯的降低高山輸電線路桿塔接地電阻的方 法，現提出與大家共享。2常用接地方法分析電力系統通常采用放射法埋設鋼筋來降低接地電 阻.這種方法對于土壤條件較好的地方，或者泥土較 多的地方還可以做到。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

6、。我 們知道，當水平接地體長度增大時，電感的影響隨之 增大，從而使沖擊系數增大，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 在施工現場就遇到過用搖表測不出接地電阻的情況， 用4102表測到的電阻值在幾百n。原因就是對應接地 電阻率在1 0002 000 nm時水平接地體的長度應 該在6080 m，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。這也是這基桿塔經常因遭雷擊而引起跳閘的原 因。2.1特殊土質接地電阻分析根據現場實測總結主要有以下幾種情況：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。b .由于風化

7、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 .表面看來大部分是泥土。但由于土質堅硬沙 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。d .鐵塔建在巖石上，幾乎沒有土壤和其它粉末 狀介質，即使埋設了鋼筋，由于與周圍無法形成統一 地網，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：a . 土壤的接地電阻率高，介質保水性不好，鋼 筋不能及時將雷電流有效泄放。b . 土壤和接地體之間沒有建立起有效的

8、溝通， 有效接觸面積不足。C .水土流失嚴重，接地體腐蝕損壞嚴重。很難 長期保持穩(wěn)定的接地電阻。2.2改善接地電阻的方法眾所周知，接地網的 電阻由以下幾部分構成：a .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 質有關。接地體本身的電阻，其阻值與接地體的幾何 尺寸和材質有關。接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值與土 壤的性質、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。d .從接地體開始向遠處(20 m)擴散電流所經過 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成，但 起決定作用的是接地體接觸

9、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， 以及改善介質情況等多個方面來考慮降低接觸電阻和 散流電阻。2.2.1首先改變接地極材料采用哈爾濱恒電科技發(fā)展有限公司生產的優(yōu)質非 金屬模塊hdml（已申報實用新型專利）作接地主體材 料，該模塊尺寸為275 mmx50 mm （圓片形），質量 5 ,室溫下電阻率為0.001 3 nm，埋設于地面下5 0100cm的深度即可，模塊間用鍍鋅扁鋼連接。hd ml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，較之市場上常見的接地模 塊，接觸電阻小幾百倍以上。牢固程度好，受壓能力 好，運輸和使用過程中不易產生破

10、損，理論使用壽命 可以達到30年以上。更主要的是模塊間的連接距離在 60100 cm之間，便于在小區(qū)域內施工，減少占用 土地面積，造價相對便宜，經濟性較好。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， 又能保證接地體長期保持工作穩(wěn)定，具有吸濕，保濕 特性，經多次大電流沖擊，阻值無增大，模塊也無變 硬、發(fā)脆、斷裂現象，能經受一401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

11、。2.2. 2選用長效復合降阻劑參照武漢高壓所提出的接地降阻劑暫行技術條 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很低，一般都應小于5 nm。把降阻劑包在接地體周圍，同土壤的電阻率 相比，降阻劑的電阻率一般要小兩個數量級。因此可 忽略降阻劑的電阻，把降阻劑視為金屬，這就相當于 把接地體尺寸增大，達到降低接地電阻的目的。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 .在接地體周圍使用固體降阻劑敷設時的糊狀 降阻劑漿液會在土壤一定范圍內滲透，并向

12、外擴散。 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、質量參差不齊、價格特殊、用量不一，因此要慎重選擇降阻劑。在優(yōu)先考慮 產品質量和施工方便的前提下。再考慮價格以及用量 等問題，并著重考慮產品以下幾方面的技術特性：a .降阻特性。根據接地降阻劑暫行技術條 件規(guī)定，室溫(25C 15C)下降阻劑在工頻小電流 的電阻率應小于5 nm，對于電阻率在100 nm左 右，甚至更高的地區(qū)來說，應要求降阻劑的電阻率接 近lnm，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。降阻劑的使用應對接地金 屬無腐蝕作用，最好是能保護金屬不受腐蝕，接地 降阻劑暫行

13、技術條件規(guī)定，在實驗室的試塊中表面 腐蝕率應不大于0. 03 mm/年，在埋地的金屬腐蝕 試驗中表面平均腐蝕率應不大于0.05 mm/年。一 般要求，降阻劑呈弱堿性，且降阻劑漿料在24小時內 應能完全凝固。從化學角度看，一方面，降阻劑呈弱 堿性對接地電極有一定的保護作用；另一方面，降阻 劑如不能凝固，不僅降阻劑會隨地下水流失.浸泡在 導電漿液中的電極也會加速腐蝕，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，即降阻劑的性能不會隨時間發(fā)生變化，降 阻劑的導電物質不會隨地下水流失，也就是說穩(wěn)定性 的好壞決定了降阻

14、劑的壽命長短。在接地極周圍敷設 了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低與 其周圍大地介質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、小型接地網時，其降阻效果較為顯著。筆者所采用的復合長效降阻劑（粉劑、水劑）是在 吸取國內外多種降阻劑優(yōu)點的基礎上研發(fā)的一種新型 復合降阻劑，經多次實踐、改進，成為降阻劑的更新 換代產品。該降阻劑以高分子有機物與強電解質的無 機物相混合，加入引發(fā)劑后，發(fā)生化學變化，生成固 液共存狀態(tài)的硬化樹脂凝膠體。不易溶解和流失，具 有良好的導電性，且降阻效果能長期保持。由于該產 品具有像水一樣的流動性，在施工澆注后，形成一個 很

15、強的密實體，產生較好的樹根效應有效地擴大了 導體的等效直徑與土壤的接觸面積，更進一步降低了 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、高導電性等特點，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 方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在 接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。凝固后 的降阻劑(PH =9.7)結構緊密，對電極有防腐蝕保護 作用。通過降阻劑的滲透，進一步擴大模塊和周圍介 質的有效接觸區(qū)域，

16、使電流能夠通暢地泄放入地。2 . 2. 3使用降阻劑形成放射通道擴大有效區(qū)域由于介質條件不好在地網周邊區(qū)域可能根本就沒 有導電性，這就必須利用降阻劑的特性敷設放射通道 來連接周圍有土壤的區(qū)域，通過這種連接擴大地網的 泄放通道，增大地網接觸面積，并可跨越斷層產生連 續(xù)的地網網絡。就像我們所熟知的，許多山上經常只 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 降阻劑是沒法實現的，即使勉強做了也會由于雨水的 沖刷而流失不能長久保持。筆者所采用的降阻劑是將 幾種不同的礦物質在水中混合、溶解，然后加入引發(fā) 劑，發(fā)生化學變化，生成固液共存狀態(tài)的樹脂凝膠 體

17、，不易溶解和流失，具有良好的導電性，且降阻效 果能長期保持。由于液體的流動性極好，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，將原本相互之間沒有連接的巖石連 接起來，增大泄流面積；同時通過降阻劑的作用，將 原本分離的區(qū)域連接起來，形成較大的散流面積，更 進一步降低了接地電阻。在不同的地質條件下，其降 阻率與常規(guī)方法相比可降低1015倍。通過降阻劑滲 透到碎石縫中將碎石有機地結合起來形成一片有效區(qū) 域.將斷層變成低電阻率的導電區(qū)域有利于雷電流的 泄放。2.3施工材料用量2.3.1接地模塊用量根據多年使用接地模塊建造地網的實踐經驗，總 結出如下模塊用量計算經驗公式：

18、據此計算出模塊的 使用數量為15塊，考慮到現場的特殊性和保險因素確 定模塊的使用量為16塊。2 . 3. 2降阻劑用量降阻劑的配套用量為每塊接地模塊對應一份，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延長米的澆注，每箱可以實現15延 長米的澆注連接，兩箱降阻劑可以實現3O米延長區(qū) 域的通道澆注敷設。因此，降阻劑配套用量每基桿塔 六箱就可以實現預計的接地效果。2 . 4施工方法a .深植層敷設。首先在桿塔附近尋找到可以埋 設模塊的地形.挖出深度0. 61 m,寬度0.3 m 的深溝。將降阻劑調好澆入溝底作第一次深植層，降 阻劑滲入溝底下層構成樹枝狀延伸。此時的降阻劑用 量需要比較大，凝固時間相對較長一些，大約在30 60s之間，滲入深度在0. 30. 6 m之間，以便于 降阻劑能深層滲透形成良好的導電層。b .模塊敷設與連接。將接地模塊全部