500kV输电线路杆塔接地电阻季节变化特性测量与分析

吴 田，刘 凯，黄金领，陈 成

（1.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074；2.中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司百色局，广西 百色 533000；3.国网杭州供电公司，浙江 杭州 310009）

在架空输电线路设计中，防雷是影响输电线路可靠性重要因素之一［1－2］。随着输电线路雷电灾害防护意识的加强和防雷工作的开展，防雷接地质量的检测工作成为输电线路运行与维护中一项必需的和经常性的工作［3］。杆塔接地电阻测量是检测线路防雷性能的重要手段。

杆塔接地电阻随降雨、土壤含水量以及温度等季节性因素的变化而变化，因而在测量接地电阻时，应该考虑土壤干燥或冻结等季节变化因素的影响，从而使接地电阻在不同季节中均能保证达到所要求的值［3－7］。但对于防雷接地装置的接地，只考虑在雷雨季节中土壤干燥状态的影响即可［4］。在北方地区，由于冬季极少发生雷电活动，所以冬季一般不进行防雷接地电阻测量工作［5－6］。但在中国南方大部分地区，雨季与旱季的更替则是影响杆塔接地电阻季节性变化的主要因素。

目前，对杆塔接地系统测量接地电阻时，是否考虑季节系数及其取值［3－8］还存在较大分歧。在进行接地系统设计时，如果季节系数取值过大，则接地系统建设费用偏高；季节系数取值过小，则可能导致接地电阻较高，当雷击杆塔顶部或避雷线时，会出现较高的反击过电压。因此，笔者通过对输电线路杆塔在不同季节的接地电阻进行测量，探讨季节系数的机理，认清季节系数对杆塔接地电阻的影响原理，使以后在测量杆塔接地电阻时，能更准确地评估输电线路杆塔接地状况与防雷水平。

1 杆塔接地电阻的测量

1.1 测量方法

杆塔接地电阻的测量按照标准DL/T 887－2004中的三极法［9］对杆塔的工频接地电阻进行测量。对不同的接地极采用不同的拉线长度，如表1所示。对不同接地极的形式、地形、土壤类型的24基杆塔在不同月份的接地电阻进行测量，并对测量期间的降雨情况、气温、土壤的含水量以及土壤的电阻率进行测量。测量杆塔的基本属性如表1所示，这些杆塔涉及到的地形有平地（水田）、坡地、山坡等。

表1 被测杆塔的基本参数Table 1 Fundamental parameters of measured towers

1.2 测量数据的处理

在2009－2010年期间，对24基杆塔的接地电阻进行测量，测量数据没有进行修正。收集测量线路杆塔附近的降雨信息，按照月份统计每个月份的降雨量。

2 测量结果与分析

2.1 温度对杆塔接地电阻的影响

该次测量的杆塔位于中国南方地区，气温都在10℃以上，因而温度对杆塔接地电阻存在一定影响，但不如季节性降雨等因素影响明显，杆塔接地电阻与气温之间的关系如图1，2所示。土壤外界温度发生变化时，其电阻也相应地发生变化。在旱季，30＃杆塔接地电阻受温度的影响趋势很明显，而在雨季，杆塔接地电阻受降雨的影响要远大于温度的影响，因而杆塔接地电阻随温度变化不明显。而32＃杆塔处于坡地，杆塔接地电阻受季节性降雨的影响比较明显，由于温度和降雨之间存在一定的相关性，因而接地电阻的变化趋势与温度的变化存在一定相关性。

图1 30＃杆塔接地电阻和温度对比Figure 1 30＃tower grounding resistance and temperature in different months

图2 32＃杆塔接地电阻和温度对比Figure 2 32＃tower grounding resistance and temperature in different months

2.2 降雨量对杆塔接地电阻的影响

30＃杆塔处于丘陵地带的山坡，土壤中水分含量受降雨影响比较明显，因而杆塔接地电阻随降雨量的增加而减小，如图3所示，杆塔地电阻高阻区出现在每年的11月到次年的1月期间，而低阻区出现在6月－9月期间，最大电阻为1月份的6.5Ω，最小值为6月份的3Ω，杆塔接地电阻在旱季与雨季的比值为2.2。

以2009年7月作为基点，7月份是一年中降雨量最大的月份，随着降雨量的逐月递减，32＃杆塔的接地电阻随之增大；在一年中降雨量最小的11月到次年的2月份，杆塔接地电阻也达到了一年中的最大值；然后随着降雨量的逐月递增，杆塔接地电阻又随之减小，如图4所示。

季节性降雨量对土壤电阻率及接地电阻有较大影响。当降雨量增加时接地电阻随之下降，降雨量减少时接地电阻随之上升。当降雨量减小时，接地电阻会随含水量的减小而增加；降雨量增加时，接地电阻随含水量的增加而减小。当含水量达到一定值以后，接地电阻降低的速度会趋缓，具有一定的饱和性，因而杆塔接地电阻和降雨之间具有明显相关性。

图3 30＃杆塔接地电阻和降雨量对比Figure 3 30＃tower grounding resistance and rainfall in different months

图4 32＃杆塔接地电阻和降雨量对比Figure 4 32＃tower grounding resistance and rainfall in different months

3 讨论

3.1 降雨和温度等对杆塔接地电阻的影响

土壤电阻率受水分含量影响比较明显［8，10］，表面土和沙壤土的电阻率随水分含量的变化关系如表2所示。土壤水分含量在2%时表面土的电阻率约为含水量为10%土壤的5倍。文献［8］也认为气象因素主要是通过影响土壤温度、土壤含水量的途径来影响土壤电阻率，是间接影响因素；而土壤温度、土壤含水量是影响土壤电阻率的直接因素，其中不同深度土壤含水量是影响不同深度土壤层电阻率的最主要因素，也是最敏感因素。在水分增加到一定程度时，土壤电阻率降低呈现饱和趋势，因而杆塔接地电阻受季节性降雨的影响，主要是降雨导致土壤含水率增加、土壤电阻率降低，而不同地形及土壤等对水分的保持特性不同，因而受季节性降雨的影响也不同。

表2 水分对土壤电阻率的影响Table 2 Influence of moisture content on soil resistivity

3.2 杆塔接地电阻的季节性变化特性

由于杆塔接地电阻测量值随季节变化，在测量接地电阻时，应该考虑土壤干燥或冻结等季节变化因素的影响，从而使接地电阻在不同季节中均能保证达到所要求的值。对于防雷接地装置的接地，只考虑在雷雨季节中土壤干燥状态的影响即可。在雷雨季节，实测接地电阻值或土壤电阻率，要乘以接地电阻季节影响系数进行修正，得出干燥土壤接地电阻值。由于地形对杆塔附近土壤水分的保持特性有明显影响，坡地和平地是2种典型的地形特征，因而结合平地和坡地分析不同地形杆塔接地电阻的季节变化特性。

同处于坡地4基杆塔接地电阻在一年中具有相同的变化趋势，在2009年3－6月份期间，4基杆塔的接地电阻随雨季的到来而减小；2009年8－9月份期间，4基杆塔的接地电阻又开始增加，到2010年1－2月份期间，4基杆塔的接地电阻达到最大值，如图5所示，4基杆塔的接地电阻季节影响系数如表3所示。

图5 30＃，37＃，38＃和39＃杆塔接地电阻对比Figure 5 The grounding resistances comparison of tower 30＃，37＃ ，38＃and 39＃in different month

表3 30＃，37＃，38＃和39＃杆塔接地电阻季节影响系数Table 3 Grounding resistance season influence coefficient of tower 30＃，37＃，38＃and 39＃in different months

根据表3中4基杆塔的接地电阻季节影响系数可得出该地区坡地杆塔接地电阻季节影响系数，如表4所示。而同处于平地的46＃，47＃和48＃号3基杆塔的接地电阻在一年中具有基本相同的变化趋势，如图6所示；接地电阻季节系数如表5所示；综合以上平地杆塔的数据得到杆塔的接地电阻的系数，如表6所示。

杆塔接地电阻的季节性变化不仅受季节性降雨量的影响，还与土壤保持水分的特性相关，因而平地杆塔接地电阻季节性波动的范围在［1，5.3］之间，坡地在［1，2.83］之间，而标准DL/621－1997中给出的干燥和潮湿土壤的修正系数分别为1.25～1.45和1.15～1.30［11］，文献［12］给出了不同土壤在不同深度和潮湿状况下的修正系数，粘土在潮湿状况下修正系数为3。结合测量数据可以看出，现有的季节修正系数和南方地区杆塔接地电阻的季节性变化的差异很大，特别是在杆塔接地电阻测量中，常采用的DL/621－1997季节修正系数应用于南方地区的输电线路有可能导致杆塔接地电阻过高。

表4 坡地杆塔接地电阻季节影响系数Table 4 Season influence coefficient of tower grounding resistance in the slope

图6 46＃，47＃和48＃号杆塔接地电阻对比Figure 6 Grounding resistances comparison of tower 46＃，47＃and 48＃in different months

表5 46＃，47＃和48＃号杆塔接地电阻季节影响系数Table 5 Season influence coefficient of tower grounding resistance at the tower 46＃，47＃and 48＃

表6 平地杆塔接地电阻季节影响系数Table 6 Season influence coefficient of tower grounding resistance in flat ground

4 结语

根据对杆塔接地电阻测量和分析，得出结论：

1）中国南方地区，由于温度一般在0℃以上，温度对杆塔接地电阻的影响相对于降雨量的影响不明显；

2）输电线路杆塔接地电阻出现季节性变化最主要的影响因素是降雨量的变化，南方地区由于存在季节性降雨和干旱，杆塔接地电阻的变化范围在［1，5.3］之间；

3）杆塔接地电阻不仅受降雨量的影响，而且还与线路所处地形有关，平地杆塔接地电阻的变化范围要大于坡地，约为坡地的2倍；

4）DL/621－1997中的接地电阻季节修正系数应用于南方地区的输电线路存在一定问题，有可能导致线路反击跳闸率过高。

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