降低输电线路铁塔接地电阻的技术研究与应用

王英军，郭建平，杨易斐，务孔永，马永峰，杨 颖

（1.国网河北省电力有限公司邢台供电分公司，河北 邢台 054000；2.河南四达电力设备股份有限公司，河南 长葛 461503）

0 引 言

输电线路铁塔负责输配送电力，所以其铁塔在接地电阻技术设计规划方面需要做到面面俱到、技术优越，以有效提高输电安全可靠性。它被认为是当前国家电力技术的未来发展必然趋势。

1 输电线路运行的基本现状概述

输电线路在运行过程中会频繁遭遇雷电灾害，所以为了防止雷击事故必须改善线路运行条件与运行能力，保证输电线路安全稳定供电。为了解决这一问题，需要对输电线路运行防雷工作展开调研。例如，针对线路布置于山上或跨越山谷地形条件复杂的地区进行调研，因为这里容易产生输电线路运行畸变问题；针对线路运行地势较高区域展开调研，因为这里雷电活动相对频繁，容易发生雷击跳闸事故；针对杆塔所处位置地质条件较差区域展开调研，如果地质条件较差就会出现土壤电阻率偏高的问题，此时线路铁塔在接地过程中电阻也会升高；针对杆塔周围土质较差问题展开分析，了解其岩石分布布局，分析铁塔接地极与引线可能存在的严重锈蚀问题，结合部分铁塔接地极断裂问题进行分析。以上几点都重点研究了如何降低输电线路运行中接地电阻有效技术内容，希望全面提高线路铁塔防雷水平，确保输电线路始终安全稳定运行[1]。

2 输电线路铁塔接地技术的应用要点

为保证输电线路网络安全稳定供电运行，必须有效防范雷电灾害，提高供电安全可靠性，确保做到安全供电。在针对安全隐患进行及时调研分析过程中会发现，为保证供电安全必须做好多项工作，其中就包括了现场调研分析问题成因、技术专家沟通与网络资料查阅学习掌握新技术，还需结合当前我国输电线路铁塔接地运行的现状水平合理采用各种新设备、新技术，努力降低杆塔接地电阻，合理化提高线路防雷水平。以下具体探讨了目前我国输电线路铁塔接地的实际电阻要求[2]。

参考《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》相关规范提出具体技术要求，合理设计、安装与改造输电线路铁塔接地模式，具体数据参考表1[3]。

结合表1数据进行分析，如果输电线路铁塔正处于多雷区，需要联络重要线路，必须考虑将杆塔接地电阻控制在10 Ω以下，如此才能有效提高线路整体的雷电耐受水平。这在有效限制雷击跳闸率和确保电网安全稳定运行方面都有好处。目前，各个变电站都在大力改造自身进出线段的前6基杆塔接地电阻，确保它们的接地电阻都在10 Ω以上，希望提出更多降低杆塔接地电阻的改造方案。

表1 输电线路铁塔的工频接地电阻数据表（有避雷线路）

当然，在调研与分析工作中也及时发现了诸多新设备与新技术，能有效降低铁塔接地电阻。例如对输电线路接地极进行直接改造，像REX雷克石接地极，在降低接地电阻方面非常有效。REX雷克石作为一种接地极新技术而存在，在降低线路铁塔接地电阻方面采用到了强度较高且无任何腐蚀性的硅酸盐接地模块。这一接地模块属于天然无机导电矿物，核心本质为高压一体化成型的水泥凝硅酸盐基质。采用该模块的幼师在于降阻效果明显增加至少25%，同时相比于传统铜包钢接地棒，可最大节省大约60%的使用成本[4]。

REX雷石的降阻原理大体上与金属接地电阻相一致，具有较低的电阻率（0.009 0 Ω·m），导电性优良，可形成一条良好的电子导电电流通路。它通过离子电解质导电位移进行电流放电，因此在10 Ω以下的接地电阻使用方面技术优势更大。REX雷石的后续降阻能力表现力强，在接地极释放电流方面可实现与土壤电性的完全对应，且不存在电位差以及电化学腐蚀难解决问题。一般来说，采用REX雷石的铁塔接地电阻最大长度如果为100 m，那么它的土壤电阻率应该≤5 000 Ω·m。通常情况下，可选择在多石少土的地段选择岩缝直接打入垂直接地极，配合炸药埋深进行爆破处理，然后再在已爆破坑中接入钢绞线接地极，同时在有水源位置布置水边或者水下接地极，最后选择用大石头等物体压住接地极，配合水平放射线继续埋深，并配合高效的膨润土降阻防腐剂，保证其电阻率ρ控制在0.35～0.45 Ω·m。整体看来其吸水性表现良好，粘度较大，防腐性良好，可有效保护钢接地体。

除REX雷石以外，施入降阻剂在降阻方面表现也相当优秀。在降阻剂加水后其膨胀倍数会达到原来的至少4倍，再配合接地体可增大铁塔接地电阻有效截面面积，直接消除存在于接地体以及周边土壤的接触电阻。它在吸水性与保水性方面也表现良好，直接降低了接地体周围的土壤电阻率，在山区、湿地等等具较高土壤电阻率的区域非常适用，降阻效果相当明显[5]。

3 输电线路铁塔接地电阻项目电阻降低优化方案分析

某供电企业的输电线路中包含了架空避雷线与接地电阻防雷设施，主要作用是防止雷电直击导线，保护导线。该项目中架空避雷线的基杆塔直接接地，接地电阻控制在10 Ω以内。近年来，某供电企业高压输电线路铁塔多次出现由雷击所造成的跳闸现象，主要是因为铁塔接地电阻安装不到位、锈蚀所致，出现了严重的接地电阻过大情况，即铁塔顶部的架空避雷线在遭受雷击以后雷电流无法被有效泄放，线路跳闸问题频出。基于这一点，某供电企业进行了深入研究分析，制定了5年一次的的电阻测量与开挖检查维护，了解了目前铁塔接地电阻不符合防雷要求的现存问题，同时深入探讨了导致铁塔接地电阻升高的5大因素。它们分别为镀锌钢接地材料防腐性较差、技术人员巡视力量不足、镀锌钢管接地体连接工艺复杂、铁塔处于高腐蚀性土壤环境中、高土壤电阻率地区导致传统接地材料降阻效果不佳。某供电企业在总结上述5点并参考借鉴国外同行经验后发现，镀锌钢并非是理想的电塔接地降阻材料，它在运行一段时间后会出现明显的材料腐蚀现象，基本无法满足接地装置的降阻运行技术要求，对铁塔接地电阻模块的寿命周期影响也相对较大。从另一角度来看，镀锌钢虽然作为接地材料成本费用较低，但是其后期维护成本费用过高。所以某供电企业希望采用经济、有效降低铁塔接地电阻的技术方案。

为有效减少设备雷击跳闸率，提高其劳动生产效率，某供电企业专门开发了新型的不锈钢包钢接地材料，具体来说就是通过石墨降阻技术方法，配合快装式的柔性等离子接地极形成铁塔接地降阻技术方案组合[6]。

技术方案中采用不锈钢，因为它的化学性能表现十分优越，在所有钢材料中电化学腐蚀性能表现位居第二（第一为钛合金）。同时，不锈钢的物理性能表现也十分优越，具有耐高温、耐低温以及耐超低温的优势特性。方案中还运用到了石墨，这是考虑到它的纯度表现较高、重量较轻、属于降阻剂的最佳替代产品。在该项目施工过程中，需要专门设计位置开挖出接地沟，再清除沟底杂物部分，将石墨均匀平整地铺设于接地沟之内，将不锈钢包钢接地体平整铺设于石墨布之上，最后素土回填完成施工过程。

某供电企业主要参考了已有的连接方式对铁塔接地电阻设计方案进行改进，开发出了更为简易的连接方式——压接连接方式，可有效规避由焊接所引起的点腐蚀问题。施工设计方案中参考了柔性石墨材料与不锈钢包钢材料中的机械性能与电气性能指标，主要对组合装置样品实施了全方位的机械性能与电气性能研究，最终设计出了柔性石墨与不锈钢包钢组合接地装置，其装置结构与功能参数表现相当优越。根据大量收集现场施工数据进行分析，再结合施工应用场景了解到施工过程中可能会导致不锈钢包钢包覆层破坏的相关问题，目的是有效提高材料的防腐蚀性，确保提出较高的施工工艺技术标准[7]。

在施工后需要对新接地电阻进行复测，结果显示改造后的接地电阻为3.4 Ω，可满足某供电企业铁塔接地网络运行规程相关规定。客观讲，柔性石墨降阻技术方案中的不锈钢包钢组合接地装置采用到了刚性材料与土壤颗粒的点接触技术，且它在仿真计算基础之上设计的典型技术方案，可为某供电企业至少节省30%以上的开挖面积，大幅度缩短工期，降低施工难度，减少了大量青苗赔偿费用，且设备全寿命周期内无需进行任何改造。

4 结 论

为有效降低供电企业输电线路铁塔接地电阻，需要研究多点降阻技术。例如本文中所谈到的柔性石墨降阻配合不锈钢包钢组合技术方案就能达到较好的降阻效果，提高供电线路安全可靠性，保证电网安全稳定运行。