降低220 kV输电线路铁塔接地电阻值的应用研究

刘 江

(长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010)

高压输电线路杆塔接地装置多置于远离人群的地方，在地理环境恶劣的地区，构建输电线路杆塔接地装置，是较为复杂的问题。由于杆塔基础土壤的不均匀性，导致电阻率变化大，尤其是前期勘察深度不够，易造成设计的杆塔接地装置电阻值偏大等问题。研究表明，在多雷区杆塔接地电阻最好能处理到10 Ω以下，可提高输电线路的耐雷水平，从而有效地降低输电线路雷击跳闸率[1]。

土壤电阻率比较高的地区高压输电线路杆塔接地体研究，一直是热点问题，目前主要研究成果集中在：①接地体新材料的研究与应用；②通过增大接地体尺寸或增加接地体埋深来降低电阻；③改善自然接地体等。但是，对于复杂的自然条件，如何设计出技术可行、且经济合理的低电阻接地装置，仍然是非常困难的事。长江勘测规划设计研究院承接了非洲国家苏丹的BABANUSA- ADILA 220 kV输变电勘察设计项目，其主要工作是一条220 kV输电线路工程的勘察设计。根据获取的相关基础资料，设计了常规的输电线路铁塔接地装置，项目施工完成后，现场实测发现部分铁塔的接地电阻值偏高。该输电线路业主要求所有铁塔的接地电阻值不应超过10 Ω，现场实测后发现，满足要求的铁塔占比72%，超出要求的铁塔占比28%，其中严重超出要求的占比达2/3。为了满足业主要求，针对接地电阻值偏高的铁塔进行专项研究，并尝试找出降低铁塔接地电阻的有效方法[2]。

1 高接地电阻值来源的确定方法

针对接地电阻值高的实际情况，制定了分析查找问题的三步骤，第一检测全部铁塔接地装置的基础数据；第二归纳整理资料，寻找共性问题，理出产生问题的原因；第三制定产生问题原因的确认方案，找出问题的主要因素。

1.1 基础数据实测

首先制订基础数据检测方案，对项目所有铁塔的接地电阻值进行现场实测，并增加了接地射线埋深、长度和接地射线周围土壤成分等特征数据，实测数据如表1所示。

表1 部分接地射线实测数据

1.2 实测数据分析

归纳整理实测数据，首先列出接地射线埋深与电阻值分析表，发现相比接地电阻值低的铁塔，接地电阻值高的铁塔，其射线埋深较浅，基本为0.8 m。再列出接地射线长度与电阻值对比表，也发现相比接地电阻值低的铁塔，接地电阻值高的铁塔，其射线长度较短，多为100 m以下。

通过现场勘查获得了祥实资料，把接地射线基础的地质条件进行归纳整理，共有10类土壤成分，分别是：全风化砂岩、粘土、白色砂质粉土(出水)、白色砂质粉土白色干砂土、黄色砂质粉土、红色砂质粉土、粘土带沙、粘土(出水)、砂质粉土。进一步研究发现，接地电阻值高的铁塔，其接地射线周围的土壤成分多为白色砂质粉土和黄色砂质粉土。该土壤相比粘土更加干燥，水分含量低。

通过对比分析认为，接地材料不足和土壤电阻率低可能为问题的主要症结。在分析研究现场测量和查勘成果后，初步认为可以通过增加接地材料、调整接地埋深和改善原状地质等方法来解决该问题。

1.3 高接地电阻值来源确认

除上述三类方法外，对引起铁塔接地电阻值高的其他原因进行了充分论证和分析，通过原因分析图(图1)找出了9个末端原因。针对9个末端原因，制定了来源确定方法与标准，见表2，然后按计划逐一实施确认。

图1 原因分析图

表2 来源确定方法与标准表

本文列出二个代表性的确认表如表3、表4。

表3 接地射线埋深不足的确认情况与结果表

表4 表层土壤干燥的确认情况与结果表

通过要因确认计划实施，最终确认了输电线路铁塔的接地电阻较高的两个要因，要因一为接地射线埋深不足，要因二为表层土壤干燥，其余均为非要因。

2 方案比选与实施

2.1 制定方案

要因确认后，针对两个主要原因，提出降低铁塔接地电阻方案，见表5。

表5 降低铁塔接地电阻值方案表

在形成基本方案的基础上，对方案进行优化、组合，深入分析综合评估，形成方案评价成果，见表6。

表6 方案评价表

2.2 方案实施

2.2.1 将铁塔基础周围的接地射线埋深加大

1)将铁塔基础周围土壤开挖，找到已敷设好的接地射线；

2)增加少量接地射线，在铁塔基础周围敷设一圈，形成接地环线，并与已敷设好的接地射线牢固焊接；

3)将接地环线敷设在基础底部周围，使其埋深增加由0.6 m增加至3.5 m；

4)如果遇到铁塔基础底部的土壤仍然比较干燥，则可适当加大埋深至基础底部的下方约0.5 m处，埋深增加至4 m。

2.2.2 将接地射线周围的土壤换填为粘土

1)在施工工地周围寻找湿润的粘土，开挖粘土并运至施工工地现场；

2)开挖接地射线周围的土壤，找出已敷设好的接地射线；

3)换填为湿润的粘土，并覆盖住所有的接地射线，使得接地射线有效接触到湿润的粘土。

2.3 实施效果

对策实施后，达到了预期效果，实施效果比较见表7。

表7 实施效果数据对比表

3 结 语

本文通过降低220 kV输电线路铁塔接地电阻值的应用研究，得出如下结论。

1)受自然条件影响，套用典型设计易造成设计偏差，发生杆塔接地电阻偏高问题，准确精细的现场基础资料是确保设计成果正确的重要前提。

2)对存在接地电阻偏高的杆塔接地装置，提出三步骤，找出影响杆塔电阻值的要因和制定要因确认方案。

3)通过增加接地射线埋深、增加接地射线长度、敷设接地环型线、改善原状地质条件等综合措施，可将铁塔的接地电阻值降低至10 Ω以下，为其他输电线路工程提供了借鉴与参考。