基于全过程机械化施工——杆塔接地型式设计专题

李钢梁

（福建永福工程顾问有限公司　福州　350108）

基于全过程机械化施工——杆塔接地型式设计专题

李钢梁

（福建永福工程顾问有限公司福州350108）

随着经济社会的持续发展，电网建设规模逐渐扩大，建设难度越来越高，输电线路接地设计及施工面临着较高要求。输电线路接地工作直接关系到电网系统运行的安全稳定性，杆塔接地型式合理设计及施工具有重要的意义。本文立足于现有机械设备及全过程机械化施工要求，重点研究了适合于机械化施工的接地型式，指出接地型式采用机械化施工存在的问题并提出有效的优化方式，以此来满足线路全过程机械化施工要求，提高工程建设质量、效率，为相关设计及施工提供参考依据。

杆塔接地型；调研结果；机械化施工；输电线路

1　前言

1.1研究背景

长期以来，线路接地工程施工人工投入大，施工机械研发和投入不足，缺乏高效率、专用化的施工机械。作业人员劳动强度大、效率低、施工周期长，且施工方式未能充分考虑环境保护的要求。

随着经济社会的持续快速发展，电网建设人力资源成本大幅度提高，特别是一线施工人员缺少，工资持续增高。而且，输电线路建设过程中，征地及青苗赔偿问题越来越突出，工程建设协调难度越来越大。因此，对输电线路接地设计和施工提出了更高的要求。

1.2研究目的及意义

从现有的输电线路接地施工作业模式来看，机械化程度较低的环节在于接地沟槽开挖及射线敷设工程。接地沟槽仍采用人工明挖方式，对植被破坏严重，未考虑环境保护的要求，征地及青苗赔偿问题也越来越突出，工程建设协调难度越来越大，且人工明挖作业人员劳动强度大、效率低、施工周期长。

为了减少对植被的破坏，更好的保护环境。同时，为了降低征地和青苗赔偿协调难度，降低作业人员强度，提高效率，减少施工周期，进行全过程机械化施工接地型式研究是非常必要的。

坚强智能电网对工程建设质量和工期提出了更高要求，创新设计理念和方法，满足线路全过程机械化施工要求，降低人工投入和作业风险，有利于进一步提升工程建设质量、效率，提升经济、环境和社会效益。

1.3研究内容

本研究立足于现有的机械设备和全过程机械化施工要求，重点研究了适合于机械化施工的接地型式，主要研究内容包括：

（1）调研各地区土壤电阻率、接地型式及施工工艺，通过统计分析，得出土壤电阻率分布情况、常用接地型式及施工工艺现状。

（2）分析目前常用接地型式采用机械化施工存在的问题。

（3）针对目前常用接地型式进行优化，以适于机械化施工。

（4）对典型的接地型式采用人工和机械化施工进行经济性比较，提出采用机械化施工的接地型式选择的指导性原则。

2　接地调研成果

3月份，我们收集全国25个省（区）的近300份调查表。主要调查线路工程土壤电阻率分布范围、接地型式、接地施工工艺等。并对调查数据进行了统计（详见附见），下面就土壤电阻率范围、接地型式和接地施工工艺的统计数据进行分析：

2.1土壤电阻率范围

根据统计数据进行分析，土壤电阻率范围基本情况如下：100Ω·m以下约占28%，100～500Ω·m约占39%，500～1000Ω·m约占16%，1000～2000Ω·m约占12%，2000～3000Ω·m约占4%，3000Ω·m以上约占1%。特别说明，调查表中个别线路工程3000Ω·m以上土壤电阻率占比达50%。

2.2接地型式

根据统计数据进行分析，接地型式基本上采用方框加射线，情况如下：4×30约占55%，6×50约占18%，8×60约占12%，其它型式约占15%。其它型式指的是在普通方框加射线的型式上加垂直接地极。

2.3施工工艺

根据统计数据进行分析，目前接地施工主要方式还是人工明挖（约占78%），在地形和交通条件较好的地区少量采用机械明挖（约占22%）。

2.4其它方面

根据调查结果。目前，在高土壤电率地区采取的降阻方式基本上采用加装接地模块。

3　适合机械化施工的杆塔接地型式研究

3.1目前接地型式

3.1.1普通接地型式

（1）接地型式

目前输电线路工程常规接地型式有如下几种：方框接地、方框四射线、方框六射线和方框八射线。

接地引下线一般用φ12圆钢，接地射线一般采用φ10圆钢。调查表显示，个别省份和地区加大圆钢直径，有的用到φ16圆钢。

接地沟一般采用上宽下窄的梯形断面沟槽。

（2）接地型式适用范围

根据调研结果，以上各接地型式使用范围如下：土壤电阻率500Ω·m以下采用方框接地，土壤电阻率500～1000Ω·m时采用方框四射线，土壤电阻率1000～2000Ω·m时采用方框六射线，土壤电阻率2000Ω·m以上时采用方框8射线。部分省份雷暴日较高，对接地电阻要求更严格，如有的要求全部控制在20Ω以内，甚至15Ω以内。

3.1.2接地模块

目前输电线路工程常用加阻措施是加装接地模块，主要是在常规方框射线接地型式的射线上加装接地模块。

3.2常规接地型式采用机械化施工存在的问题

3.2.1施工占地影响范围大

目前，输电线路工程建设过程中，征地和青赔协调难度越来越大。常规方框射线接地型式施工占地范围较大，特别是射线较多较长时，施工占地范围非常大，征地和青赔协调难度非常大。

3.2.2射线较长

利用定向钻机的功能实现接地射线的敷设，钻孔深度控制在0.6～1.0m之间，单根敷设长度满足100m。通过注泥浆或其它方式使回牵的接地圆钢与土壤有紧密接触。在钻进过程中，不产生地表冒浆。

图1　定向钻机工作原理图

理论上定向钻机可满足单根射线长度100m，但是由于射线采用φ10圆钢较硬，定向钻机的钻孔存在转弯的情况。这样，增加了回牵射线难度。另外，射线较长时，采用定向钻机钻孔的费用增加较大，经济性较差。

3.3接地型式优化

由以上分析，从减少射线长度或免去射线方面进行接地型式的优化。本专题对各种接地型式进行了接地电阻的计算。

由于各省和地区运行单位对输电线路接地电阻要求不同，基本上较规程要求值更严格。为了统一计算标准，本专题按规程要求取值。方框均按15×15m计算。

由表1计算结果知，土壤电阻率1500Ω·m以下，采用田字型八垂直接地极方案，可满足规程要求。

3.4结论

由上节计算比较结果，得出如下结论：

（1）不同土壤电阻率推荐采用接地型式如表2所示。

（2）接地方框采用机械明挖，接地射线采用机械暗挖。

（3）当土壤电阻率较大时（2500Ω·m以上），采用机械化施工具有经济优势。

（4）采用机械化施工效率提高0.5～1.5倍。

4　结束语

综上所述，现代电网建设规模及建设水平的提高，对工程建设的质量及系统运行安全稳定、经济运行的要求越来越高，这就要求输电线路及杆塔具有较高的防雷水平，所以杆塔接地型式的合理设计及施工提出了较高要求。上文接地型式优化上文深入分析了常规接地型式采用机械化施工存在的问题，深入研究了优化方案，以此来提高设计方案及施工方案的经济合理性，提高电力系统的安全稳定性。

表1　田字型八垂直接地极

表2　

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1673-0038（2015）39-0257-02

2015-9-7