浅谈输电线路杆塔接地设计

梅建宜

摘要：输电线路杆塔是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以及与大地之间保持一定距离的杆形和塔形的构筑物，其安全可靠性直接关系到整个输电线路的安全运行。在架空输电线路工程中，杆塔建设费用约占本体投资的30%甚至以上，直接决定着线路的经济性。随着我国特高压电网的建设以及同塔多回线路、紧凑型线路、大截面导线等输电新技术的推广应用，输电线路电杆塔大荷载、大型化的趋势愈发明显。“资源节约型、环境友好型”社会的建设、大电网的安全稳定性、气候变化复杂异常对杆塔结构的安全可靠性、经济性、环保性能等都提出了更高的要求，输电线路杆塔结构研究面临新的挑战。

关键词：供电企业；输电线路杆塔；接地装置

中图分类号： F407 文献标识码： A

引言

输电线路的接地，既是杆塔保护接地，又是线路防雷保护接地，接地装置的设计施工及运行维护，是一个系统的工程。供电企业输电线路杆塔接地装置的接地电阻值受施工、环境和运行维护等原因的影响。杆塔接地电阻对提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸率又十分重要。

一、输电线路杆塔接地的意义

输电线路杆塔接地主要是以防雷为主要目的，因而在输电线路杆塔接地装置的设计时就要考虑如何降低杆塔接地装置的冲击接地电阻，但在实际工程中仍以考核工频接地电阻为主。输电线路杆塔接地对供电企业的安全稳定运行至关重要，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少线路雷击跳闸率的主要措施。由于杆塔接地电阻高而产生的雷击闪络事故相当多。由于大部分位于山区、地质条件较差，许多杆塔的接地电阻不合格，有不少杆塔的接地电阻在100Ω以上，造成线路耐雷水平低，经常发生雷电绕击、反击。经对线路杆塔接地进行了降阻高燥，使线路雷击跳闸率得到了有效的控制。因此可见，降低杆塔接地电阻，使之达到合格范围，对防止雷击跳闸，保证供电企业安全是非常重要的。

二、杆塔的作用

杆塔（Pole and Tower）的作用是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以及它们与大地及杆塔之间的距离在各种可能的大气环境条件下，符合电气绝缘安全和工频电磁场限制条件的要求。

三、供电企业输电线路杆塔接地装置的存在问题

1.接地引下线和接地体容易腐蚀问题

接地装置的运行环境恶劣，容易发生腐蚀。接地装置发生腐蚀后，接地体碳钢材料起层、松散，有效直径变小，甚至会出现多处断裂。

2.接地装置连接不规范

接地装置由于设计没有明确要求或施工等原因，存在接地装置备部件或与杆塔备部件之间连接不规范的问题，没有形成可靠的电气连接。接地装置的连接点还会因为安装不规范、锈蚀等，存在接触电阻过大的问题。

3.外力破坏

使线路失去接地保护随着钢材等金属材料的涨价，线路接地装置的引下线和接地体的被盗等外力破坏的现象日益严重，往往使线路连续多基杆塔失去接地保护。

4.接地网设计不合理

由于土壤电阻率的测量资料不齐全和对雷电活动情况的不了解，设计采用的接地型式不合理，造成高土壤电阻率地区接地体面积过小，接地电阻过大，或者对雷电活动频繁地区的杆塔接地电阻设计值过大。

5.接地体敷设未达到规范要求

接地型式的设计与实际情况往往差别较大，需要施工人员进行合理调挚。往往出现接地体埋深不够、接地引下线与接地体及接地体与接地体之间焊接未达标等问题，使得接地电阻过大。

四、现阶段输电线路杆塔接地情况

输电线路是电力系统的大动脉，它将巨大的电能输送到四面八方，是连接各个变电站、个重要用户的纽带。输电线路的安全运行，直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此，输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位，是实现“强电强网”的需要，也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。

1、架空输电线路地基基础工程现状

各个地区的地质条件相差很大，有黄土、沙漠、冻土、软土等多种状况，所采用的输电线路基础形式也较为多样。

（1）黄土地基使用的基础形式主要有刚性台阶式基础和插入式基础，部分软弱地基则主要采用钻孔灌注桩。

（2）沙漠地区地基抗剪强度低，比普通基础要多埋深1米。山区的岩石地基使用的基础形式主要有掏挖式基础等。

（3）冻土地基使用的基础形式主要是插入式基础和掏挖式基础。

（4）土质条件较好使用的基础形式主要有：嵌固式基础、锚杆式基础、插入式基础和掏挖式基础，同时还有灌注桩、挖孔桩、扩底桩等。

（5）软弱地基在进行输变电杆塔建造时，要对地基先进行处理，然后再建造杆塔基础。采用的基础形式有：灌注桩、大板式基础、螺旋锚式基础、挤密碎石桩和挤密砂桩。螺旋锚用钢量大，机具复杂。灌注桩造价高昂，且质量不易控制。

2、接地电阻与避雷线之间有着密不可分的联系：

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：①分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；②通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；③对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。

为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道，可将避雷线经过一个小间隙对地（杆塔）绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。

在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。

3、杆塔的接地形式同杆塔所处土质是否有关：

（1）一般输电线路所经地区的地形、地质条件差异较大，设计和施工要考虑的边界条件较多，加之科研条件和研究经费的制约，在输电线路杆塔基础方面的科研工作较薄弱，科研成果较少，技术储备不足。

（2）对地基基础问题国内外专家和学者已做了大量的研究工作，取得了许多有价值的成果，但大多数都把注意力集中在某些结构（如建筑物、桥梁等）的基础上，这些研究成果由于下列原因而限制了它们在电力线路上使用：

①抗拔荷载经常是各种输电线路杆塔基础设计的控制条件，而对建筑物和桥梁来说上拔力却是次要的。

②输电线路杆塔基础所在的土质勘测，无论在精确性还是在详细程度上，都无法与建筑物和桥梁相比。

③一条线路上可能使用许多基本相同的杆塔，但它们的基础则因土质不同而不同。

④线路杆塔常位于无人居住之处，而且除了施工、检修和维护外并不危及人们的生命安全。

五、有关安全事项

在进行接地装置改造时，要清除接地沟、接地井回填土中的杂草、树根、大块石头，回填土必须分层夯实；为了施工人员安全，在开挖敷设接地沟时应在天气良好的情况下进行，一般安排在春秋季进行接地装置改造，禁止在雷雨天气时进行开挖，回填应及时；沿下山坡的接地沟，应在回填土上方用水泥适当加固，防止雨水把回填土冲走。在现场接地桩与接地体焊接应采用电焊或氧焊，注意防火。接地改造应逐基进行，不得全部开挖。

结束语

线路杆塔的接地装置是输电设备的重要组成部分之一，是输电线路安全运行必须的技术设备。输电线路路径经过地理环境比较恶劣、土壤电阻率较高的山区，以及由于经济发展迅速，土壤污染源增加，增大了土壤腐蚀性。目前，输电线路的接地电阻很难满足规程要求，雷击跳闸事故每年都大量发生，严重影响了线路的安全性，为了保证电力系统安全可靠运行，必须采取切实可行的技术措施降低接地电阻。如何有效降低接地电阻，提高输电线路运行可靠性，建设坚强电网，需要各级管理和技术人员不断探索和改进。

参考文献：

[1] 《交流电气装置的接地》（DL/T 621-1997）[S].

[2] 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）[S].