真型杆塔接地装置冲击特性研究

江全才,谭坤侨,邓长征,王　鸿,王湘汉（.三峡大学,湖北　宜昌　44300;　.　中国电力科学研究院武汉分院,武汉　430074）

真型杆塔接地装置冲击特性研究

江全才1,谭坤侨1,邓长征1,王鸿1,王湘汉2
（1.三峡大学,湖北宜昌443002;2.中国电力科学研究院武汉分院,武汉430074）

摘要：降低杆塔冲击接地电阻是防雷的有效措施，为准确分析接地装置的冲击特性规律，本文采用现有的便携式杆塔冲击接地电阻测量仪，选取实际线路杆塔接地装置注入模拟雷电冲击电流的现场试验的方法，测量了杆塔接地装置的模拟雷电流的电流电压波形，分别采用夹角法和四极法测得了杆塔的工频接地电阻和现场土壤电阻率,分析了真型杆塔的冲击特性；按照与现场试验相同条件结合理论计算和CDEGS仿真分析，现场试验结果与理论计算和仿真分析取得了较好的一致性。

关键词：杆塔接地装置；冲击特性；冲击接地电阻；CDEGS仿真；现场试验

本文拟采用在杆塔现场借助便携式移动冲击设备对真型杆塔注入雷电冲击电流进行试验研究，建立CDEGS仿真模型进行冲击特性的仿真分析。

1　现场冲击试验方法

试验用冲击设备为SPD-Ⅰ型便携式电涌保护器测试仪，是一款集组合波发生器和直流高压发生器于一体的便携式多功能电涌保护器（SPD）性能参数测试仪器。该测试仪可产生最大幅值为6kV/3kA的1.2/50µs的模拟雷击浪涌。

分别采用0.1倍衰减的罗氏线圈和变比为72的电容式分压器采集电流电压信号，通过信号电缆传输到TDS3012C型存储示波器查看波形，读取电压电流峰值并将波形数据以Excel格式保存到移动存储盘中。波形如图1所示。

图1　现场试验电流电压波形图

按夹角补偿法布置电流极和电位极，三角形法时线长为100m，夹角约为30°，为了更好的使电流回流，用四根扁钢做电流极，四根扁钢布置成一个边长为1m的正方形，扁钢的打入深度为1.2-1.5m。

1.1试验准备

由于是对野外真型杆塔接地极进行冲击试验，试验选择了位于武汉市江夏区的一基刚建成还未挂导线避雷线的杆塔，确保了注入电流完全通过接地装置散流。将设备运达现场后，布置电流电压极，搭建试验回路，为保证测量不受干扰，测量系统有一定的绝缘，将分压器和示波器放置在环氧树脂材料的绝缘板上。

1.2试验结果及数据分析

接地极的工频接地电阻和工频接地电阻都与周边的土壤电阻率有一定的关系，工频接地电阻与土壤电阻率呈线性关系的，当土壤电阻率小时，工频接地电阻值较小；而冲击接地电阻与土壤电阻率呈非线性关系的，在土壤电阻率较小的情况下，冲击接地电阻增大的速度随土壤电阻率的增大而增大，电阻率较大的情况下，冲击接地电阻随电阻率增加而增加的速度逐渐减小。通过现场试验测得的土壤电阻率如下表1所示。

表1　土壤电阻率测量结果

由表可知，当地的土壤条件较好，可看作均匀土壤，土壤电阻率小于100Ω·m，具有良好的导电性。且土壤电阻率越小，导电性能越好，更有利于将雷电流泄放到大地中去。

1.3CDEGS仿真计算原理

下面给出的是计算电磁场时域分布的方法。时域中的标量电压以及电磁场可以通过Fourier变换求得：

为雷电涌流的频谱，V0(ω)，E0(ω)，H0(ω)分别为未经调制的标量电压、电场、磁场的频谱。未经调制的电磁场由接于导体网的单位电流源产生。频谱V0(ω)，E0(ω)，由HIFREQ模块来计算，Fourier变换和Fourier反变换由FFTSES模块来计算。

2　结论

本研究通过对220Kv线路杆塔进行现场冲击特性试验，同时辅以CDEGS仿真计算，对比分析真型试验和仿真结果，研究得出以下结论：

（1）采用现场冲击试验，得到了真实杆塔接地装置的冲击接地电阻，因选取刚组立的220Kv铁塔，排出了导线以及架空地线的干扰。现场的土壤情况、周边环境和天气状况等与实测值比较相符；

（2）冲击接地电阻实测值与仿真计算结果吻合较好，因受现场干扰因素的影响存在一定的误差，整体的变化趋势基本一致，认为试验结果是准确的；

（3）杆塔基础比人工接地体埋深更深，刚组立的杆塔水泥基础具有很强的吸湿性，使得人工接地体冲击接地电阻比基础的冲击接地电阻更大，表明了基础能在实际的散流中对人工接地体起到一定的辅助作用，从试验结果推断，在高土壤电阻率地区，基础接地体在散流的过程中起到更好的补充作用。

作者简介：江全才（1962-），男，湖北武汉人，硕士，高级工程师，研究方向：输电线路工程技术。