山区输电线路降低杆塔接地电阻的方法研究

朱雪凌，张 娟，平 增，张 伟

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450045;2.中平能化集团平煤股份八矿，河南 平顶山 467012)

电力输电线路在电力系统中起着非常重要的作用，它分布地域广阔，极易遭受雷击［1］.据110 kV，220 kV 线路雷害事故调查可知:极易发生雷击故障的杆塔，大都接地电阻偏高［2］.那么，分析杆塔接地电阻偏高的原因并采取有效的降阻措施对提高线路防雷性能，保证线路安全稳定运行就至关重要.为此，针对某山区110 kV 易击线路段易击杆塔接地电阻偏高的问题进行深入分析研究，提出一种新的降阻方法.即在接地装置周边补充“树杈状”水平接地极的降阻方法，应用于本易击线路段超标杆塔的接地电阻改造中，并对其改造效果进行评价分析，有效地解决了接地电阻超标的问题，也为高海拔山区复杂地形条件下输电线路接地电阻的降阻措施提供了一个可行性方案.

1 山区输电杆塔接地电阻超标的原因及常用降阻措施分析

导致输电杆塔接地电阻超标的原因很多，主要包括地形地质、勘探设计、施工及接地电阻测量方面的原因.在地形地质方面，山区海拔高，地形结构较为复杂，杆塔周围土质差，土壤电阻率高，铁塔的接地极及接地引线锈蚀严重［3］，致使接地电阻超标;在勘探设计方面，可能存在设计人员未对每基杆塔进行认真勘探测量而是套用典型设计的情况，造成部分杆塔接地电阻偏高［4］;在施工方面，由于不按图施工，接地体深埋不够以及回填土不按要求回填等问题［5］的存在，使接地电阻超标.在接地电阻测量方面，由于采用的测量方法太多，而其辅助接地极的埋入深度、探针选的地质位置等因素都会直接影响接地电阻值的测量准确度.因此，应从多方面着手努力，为电力系统的安全运行提供可靠保障.

目前降低杆塔接地电阻采取的主要措施有:水平外延接地体、爆破接地技术、接地电阻降阻剂、深埋式接地极和用接地模块代替接地装置5 种方法.其中，水平外延接地是一种较好的降阻方法，但其铺设方式常受杆塔所在地形的限制，同时也会破坏山上的植被，在一定程度上增大了清偿数额［6］.而爆破接地技术虽然非常适用于山岩地区，但其工程造价高，施工过程相对麻烦，同时对杆塔基础的稳定性也有一定的影响［7］.采用降阻剂降阻的方法，因降阻剂对接地体的腐蚀性和随水流失性都比较严重，无形中增大了二次投资［8］.而深埋式接地极造价高，在山岩地区实施困难更大［9］.接地模块虽然也可以显著降低接地电阻，但其渗透和扩散作用较差，同时，价格昂贵也使其在推广上受到一定的限制［10］.

2 工程改造实例分析

2.1 工程概况

某县地形复杂，大气条件恶劣，输电线路走廊多为山区，且土壤电阻率很高.以该县电业局易击线路段某110 kV 线路为例，该线路全长39.73 km，导线采用LGJ－ 300，避雷线采用GJ－ 50，地线采用OPGW 光纤复合架空地线.全线路共96 基铁塔，85%的铁塔位于高山上，其中50%位于矿区，线路铁塔主要采用大开挖基础和直柱式全掏挖基础;以此易击线路段38#，54#和57#易击铁塔为例进行接地电阻改造，其他杆塔改造措施可根据具体情况效仿这些杆塔.通过现场调研，对38#，54#和57#杆塔周边地形进行现场勘查测量，具体情况见表1.

表1 易击杆塔接地电阻值

由表1 可知，此易击杆塔均属于超标率较高的杆塔，故研究杆塔接地电阻的降阻措施对防雷工作意义重大.

2.2 降阻设计

在对山区输电杆塔接地电阻超标的主要原因和常用降阻措施进行分析的前提下，对现场情况进行精确勘探测量，发现该110 kV 线路沿线都是山区，土壤电阻率高，雷电活动相当频繁，杆塔基本都建于山头或者山坡，地质多为岩石或表面土层很薄，接地极的埋深很难达到0.6 m;所处地势较高，地形坡度较大，放射形接地极很难做到在等高面上;接地装置多使用井字型布局，违背了杆塔接地应避免超过3条水平接地极交汇于一点的原则;而且很多杆塔的回填土蓬松稀散，这些都致使本线路段杆塔的接地电阻增加.结合实际情况，决定将一种新的降阻方法，即在接地装置周边补充树杈状水平接地极的降阻方法，作为主要的降阻措施应用于本易击线路段超标杆塔的接地电阻改造中，具体如图1 所示.当然，每基杆塔具体情形不尽相同，对于具体的杆塔，可以在采取补充树杈状接地极的同时再辅以其他降阻措施，以达到最佳的降阻效果［11］.

图1 树杈状补充射线理想情况示意图

杆塔接地电阻［12］

式中:l 为原水平接地体总长，取540 m;h 为接地极埋深，取0.6 m;d1为接地圆钢直径，取0.012 m;B为屏蔽系数，取1.5;

令R'g为补充的树杈状水平接地体接地电阻，l'为补充的树杈状接地射线总长度，Rg为降阻设计后接地装置的接地电阻.令补充的树杈状射线与原有的接地装置并联，互阻系数取1.2 加以修正.经过降阻改造后接地装置的接地电阻值

为了确保明显的降阻效果，在补充接地极的同时，再使用GPF－94 降阻剂，其降阻防腐剂的降阻系数和用量见表2.

表2 GPF－94 降阻防腐剂的降阻系数和用量

2.2.1 38#杆塔降阻设计

对于38#杆塔来说，由于其接地电阻测量值为25.2 Ω，则由式(1)可计算出等效均匀土壤电阻率ρ=2 234.37 Ω·m.同时，由式(2)可知:补充的树杈状水平接地体接地电阻R'g=24.8 Ω，然后将ρ 和R'g代入式(1)便可得到38#杆塔接地装置应补充的树杈状接地射线总长度l'为249 m.同时，为了确保明显的降阻效果，通过表1 所列出的GPF－94 降阻剂的降阻系数和用量，还可以求出一系列接地极总长，具体见表3.

表3 38#杆塔补充接地极射线总长和降阻剂总量

综合考虑38#杆塔所处位置的具体地形、降阻剂成本、放射线难度等因素，分析比较上述计算结果，选取补充树杈状射线总长88 m，降阻剂总量2.64 t，作为38#铁塔的降阻设计方案.为了留有裕度，将补充射线总长定为90 m，然后均分为6 段与原接地射线焊接，并在每段补充射线末端打上短垂直接地极，具体如图2 所示.

图2 38#杆塔实际接地补充树杈状射线示意图

2.2.2 54#杆塔降阻设计

同理可知:对于54#杆塔来说，其等效均匀土壤电阻率ρ=3 486.24 Ω·m，补充的树杈状水平接地体接地电阻R'g=19.91 Ω，应补充的树杈状接地射线总长度l'为530 m，其一系列接地极总长和降阻剂总量见表4.

综合考虑54#杆塔的具体因素，选取补充树杈状射线总长136 m，降阻剂总量6.12 t，作为54#铁塔的降阻设计方案.为了留有裕度，将补充射线总长定为138 m，具体如图3 所示.

表4 54#杆塔补充接地极射线总长和降阻剂总量

图3 54#杆塔实际接地补充树杈状射线示意图

2.2.3 57#杆塔降阻设计

同理可得:对于57#杆塔来说，其等效均匀土壤电阻率ρ=3 798.79 Ω·m，补充的树杈状水平接地体接地电阻R'g=17.58 Ω，应补充的树权状接地射线总长度l'为670 m.其一系列接地极总长和降阻剂总量见表5.

表5 57#补充接地极射线总长和降阻剂总量的统计表

综合考虑57#杆塔具体情况，选取补充树杈状射线总长118 m，降阻剂总量8.26 t，作为57#铁塔的降阻设计方案.为了留有裕度，将补充射线总长定为120 m，具体如图4 所示.

图4 57#杆塔实际接地补充树杈状射线示意图

2.3 改造结果

通过本次的输电线路铁塔接地技术改造，此110 kV 易击线路段已改造铁塔的接地电阻明显改善，且经过1 a 的运行，各改造铁塔接地装置均达到技术改造的目的，雷击率明显下降，为雷雨季节线路安全稳定运行提供了可靠的保障.具体以此易击线路段38#，54#和57#易击铁塔为例来说明问题，其刚改造前后的接地电阻对比结果见表6，运行1 a 后的接地电阻对比见表7.

表6 刚改造前后接地电阻值

表7 运行1 a 后接地电阻值

3 结语

对某山区输电杆塔接地电阻超标的主要原因和常用降阻措施进行分析后，以某山区110 kV易击线路段易击杆塔为例，将一种新的降阻方法，即在接地装置周边补充树杈状水平接地极的降阻方法，作为主要的降阻措施应用于本易击线路段超标杆塔的接地电阻改造中，且将其改造效果进行评价分析.改造结果证明:此方法切实可行，具有明显的降阻效果，不仅有效地解决了接地电阻超标的问题，为电力系统的安全可靠运行提供强有力的保证，也为高海拔山区复杂地形条件下输电线路接地电阻的降阻措施选择提供了可行性方案.

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