穿越果园输电线路杆塔接地优化设计研究

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根据《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219—2014）、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064—2014）[1-2]中的接地电阻要求，进变电站2km范围内接地电阻应不大于10Ω，其他段应不大于15Ω。目前，典型设计的接地方式为果园采用Φ40mm+4mm×16mm圆形闭合、山地采用8mm×60mm垂直+方形水平放射型的方式，所有接地体的材料主要采用镀锌圆钢，接地方式较少，且形式较单一[3-4]。传统的输电线路杆塔接地设计方式比较单一，主要采用水平放射的方式，土方开挖面积大、对土地和农作物及林木的影响大，造成施工青赔难度大、阻工多，也难以满足目前环保的要求。尤其是在果园密集的沿海区域，开展输电线路杆塔接地差异化优化设计已经十分必要。

1 典型工程条件

（1）土壤电阻率的取值。计算接地电阻的最主要的影响因素为土壤电阻率，目前架空铁塔常用的地质类型为普通土、坚土、松砂石、岩石、泥水、流沙、干砂、水坑、砂土、亚黏土、黏土、砂砾土等，同时根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065—2011）对各类土壤的电阻率进行分类。

（2）接地材料。目前用于线路的接地材料主要有镀锌圆钢、铜覆钢、接地模块（由非金属碳素材料制成）、石墨基（由非金属石墨加无机纤维复合制成）[5-6]。

（3）非放射式接地方式。目前设计的接地方式主要有垂直+水平方形射线、圆形闭合、自然接地体、圆形+垂直等方式（见图1），现对几种接地方式进行比较（见表1）。

表1 接地方式比较

图1 各种接地方式示意图

2 位于果园的杆塔接地方案

（1）接地材料的选用。果园一般为丘陵地形，土壤一般较为干燥，土壤电阻率将超过1000Ω·m，局部可达到2000Ω·m。由于果园种植基本为果树，当土壤电阻率增加时，需要不断延长射线长度，开挖过程势必会增加对果树树根的破坏，增加青赔的难度。为减少开挖射线长度，接地材料除选用镀锌圆钢、铜覆钢，还可选择接地模块、石墨的接地材料。

（2）接地方式的选用。果园的地质主要为砂（干砂）、含有卵石和碎石的砂土、含硬质砂岩的亚黏土等类型，较湿地区其土壤电阻率一般不超过1000Ω·m，而较干的地区土壤电阻率将超过1000Ω·m，局部可达到2000Ω·m；根据农田的计算结论：土壤电阻率小于100Ω·m采用自然基础接地方式；100～1000Ω·m采用圆形+垂直接地方式。当土壤电阻率大于1000Ω·m时，考虑果园的人员出入较为频繁，为减小跨步电压，拟考虑圆形+垂直接地体、圆形闭合接地材料采用分别采用接地模块与石墨的方案。

（3）接地材料的选用。接地模块的材料配置方案：铁塔塔基四面水平射线或圆形闭合（见图2）射线长每隔5～10m安装一个接地模块，增加与土壤的接触面积。模块形状分为圆形与方形两种，之后将土回填。石墨基的材料配置方案：铁塔塔基四面水平射线由于传统的镀锌钢绞线更换为石墨基材料的接地射线，石墨基材料的接地射线其直径达28mm，同时在开挖槽内放上石墨布，并配合使用膨润土，从而增加了接地材料与土壤的接触面积，达到了接地降低土壤电阻率的效果，其接地形式与传统一致。

图2 接地模块布置示意图

3 非放射式接地电阻计算

（1）接地电阻计算公式。接地模块与射线并联后总的接地电阻计算公式如下：

式中：Rg为设计要求的接地电阻，Ω；η为并联后的接地系数，取值为0.65～0.85；Rs为射线的接地电阻，Ω；Rm为接地模块的接地电阻，Ω。

石墨基的计算公式根据敷设的方式不同，其计算方法与其相对应，主要为接地体的截面积增加，同时通过增加石墨布与膨润土的用量以减少周围的土壤电阻率，进而增加其降阻的效果。

（2）接地模块接地体计算。对实测电阻率从1000～2000Ω·m的果园土壤环境就，根据式（1）计算得到圆形闭合接地模块电阻的计算结果，其对比结果见表2。

由表2可知，在满足架空线路工程工频接地电阻10Ω控制值时，采用圆形闭合的接地方案，土壤电阻率应小于2000Ω·m，采用Φ30mm+4mm×11mm（48个模块)射线以上均可满足要求，但根据规程规定射线最长不宜超过500m。

表2 圆形闭合接地模块接地电阻计算结果 单位：Ω

（3）石墨基接地体接地计算。采用与接地模块一样的方式对石墨基接地体进行计算，其结果相近（见表3）。

由表3可知，在满足架空线路工程工频接地电阻10Ω控制值时，采用圆形闭合的接地方案，土壤电阻率应小于2000Ωm，采用Φ50mm+4mm×20mm（石墨布120m，膨润土120kg）射线以上均可满足要求。

表3 圆形闭合石墨基接地电阻计算结果 单位：Ω

（4）接地方案比较。采用与接地模块相同的方式对石墨基接地体进行计算，其结果见表4。计圆形闭合Φ50mm+4mm×20mm方式少1648.5m2；工程总费用少约0.2288万元；（3）当土壤电阻率大于1500Ω·m时，为减少开挖面积，果园地形的架空线路杆塔可采用增加接地模块的方式来满足接地的要求。由于接地模块的本体材料费用较高，在土壤电阻率为2000Ω·m时采用此接地方式，

表4 果园地形接地对比表（设计接地电阻10Ω）

在土壤电阻率低于1000Ω·m以下采用圆形+垂直的接地费用最低；由于圆形+垂直可适用于最大土壤电阻率为1300Ω·m，因此当果园地形的土壤电阻率小于1300Ω时，可采用该接地体系。

当土壤电阻率达到1500Ω·m时，圆形+垂直无法满足接地电阻小于10Ω的要求，因此在土壤电阻率大于1500Ω·m时，可通过增加接地模块或更换石墨基接地材料的接地方式进行对比（其中,青赔费用按15元/m，钢筋按3600元/t，接地敷设人工费用35元/工时，土方开挖30元/m3，接地模块160元/个，石墨基75元/m）。

4 结论

针对果园的土壤导电特性和工程特性，研究采用非放射式的架空线路杆塔的接地优化设计方案，得出以下结论：（1）由于接地模块与石墨基本体材料费用较高，因此一次性投资造价与传统圆形闭合的接地费用相比高出较多，为传统圆形闭合的3～5倍；（2）当土壤电阻率为1000～1500Ω·m时，穿越果园的架空线路杆塔接地形式推荐方案为采用圆形+垂直接地方案，占地面积比传统设虽然工程总费用最较传统增加约0.8018万元，但占地面积比传统圆形闭合接地方式少1884.0m2，青赔费用比传统设计少约0.0719万元，青赔协调的工作量和时间预计也将显著减少，因此建议在青赔费用较高的局部塔位采用圆形闭合接地+接地模块方式。