浅析输电线路杆塔新型接地装置的应用

杨晓东

摘要：输电线路作为电力行业的基础性设备，关系到电力输送工作，架空输电线路的建设是电力输送工作中的核心。传统的钢材料不仅损坏率比较高，同时也容易出现腐蚀生锈的情况，石墨烯不仅具有较强的抗腐蚀性，也有一定的导电性。为满足我国电力行业长远发展的需要，输电线路杆塔新型接地装置的应用是当下发展的潮流。本文基于我国电力行业发展的实际，以杆塔新型接地装置为切入点进行探析。

关键词：输电线路;杆塔;新型接地装置

一、引言

随着人民生活质量的提高，日益增长的电力负荷很大程度上影响着电力系统的灵活性和可靠性，如何才能满足多样化的用电需求成为我国电力行业发展的关键。输电线路的接地装置主要用来将直击于杆塔和避雷线的雷电冲击电流引入大地。当故障电流流经杆塔时，在接地装置上可产生15-20千伏地电压，此时为保证接触电压和跨步电压在安全值以内所需的均压措施，将使接地装置的结构大为复杂化，而这在实际上并无必要。由于在不同类型的土壤中往往有着不同的接地电阻，大多数的输电线路为达到理想的防雷效果，在杆塔的建设过程中都會将杆塔逐基进行接地。然而，输电线路杆塔在电阻率较高的地区仍一般采用常规的接地装置，这不仅无法保障输电线路杆塔接地工作的质量，而且还会影响整个输电工作的稳定性。因此，为满足我国电力行业长远发展的需要，输电线路杆塔新型接地装置的应用是当下发展的潮流。

二、柔性石墨接地材料

柔性石墨线是一种由膨胀石墨加入粘合剂与不同的纤维如棉纱、玻璃纤维和碳化纤维等增强材料，经过复合机复合、切条等工序成条状，进入纺线机纺织而成的柔性线状石墨产品。石墨基柔性接地材料是一种由柔性石墨线经不同编织工艺编织而成的带状非金属材料，能明显降低工频接地电阻和不受土壤中水分、盐、酸、碱等因素侵蚀的新型接地体。石墨基柔性接地材料作为一种新型的接地材料，具有良好的导电性、冲击散流特性和抗腐蚀性能，同时也增强了与土壤的亲和度，降低了接地极与土壤之间的接触电阻。近年来石墨基柔性接地材料的制造技术得到了迅速提升和应用推广，有着广泛的应用前景。

传统的钢材料不仅损坏率比较高，同时也容易出现腐蚀生锈的情况。而石墨基新材料不仅具有较强的抗腐蚀性，也有一定的导电性。石墨作为一种理想的接地材料，对外部环境的负面影响比较小，同时能够保障接地电阻值长期处于稳定状态，自身的抗腐蚀性也比较强。同土壤之间的空隙也比较小，能够有效降低接地装置的接触电阻和空气空隙。因此，石墨基柔性接地材料是一种长效接地材料。

三、土壤电阻率与杆塔接地装置

针对不同的需求，接地装置可以细分为自然接地和人工接地两种，人工接地装置也有几种不同形式，垂直接地广泛应用于避雷线的集中接地;自然接地装置由发电厂和变电所的构架基础、混凝土杆和铁塔基础组成。垂直和水平接地两种方式相结合应用于输电线路防雷中。结合我国的相关标准来看，可以分为以下几种型式。

当土壤电阻率ρ>2000Ω∙m时，可以对连续伸长接地极和放射形接地极进行利用，数量控制在7根左右，总长度控制在500m以下;当土壤电阻率300Ω∙m<ρ≤2000Ω∙m时，接地极埋深需要大于0.5m，水平敷设的接地装置应用较为广泛;当土壤电阻率ρ≤100Ω∙m时，对自然接地进行利用，结合实际需求进行调整，如果自然接地电阻符合要求，可以不再设置人工接地装置，这种安装策略适用于居民区;当土壤电阻率100Ω∙m<ρ≤300Ω∙m时，需要推进人工接地装置的设置，同时将接地极埋深控制在0.6m以上。

技术规范中要求石墨基柔性接地材料电阻率达到和小于0.00004Ω/m，而现在一些石墨基柔性接地带已达到了0.00003Ω/m，完全是高质量接地装置的选用材料。而从耐腐蚀情况来看，有采用的是酸碱溶液浸72h泡后的电阻差要求小于10%，有采用的是浸泡后的质量损失小于0.1%，相比于原金属接地材料，耐腐蚀性提高了很多。

杆塔接地装置作用是导泄雷电流进入大地，这就避免不了谈及冲击接地电阻。一般情况把雷电流波头时刻（t=2.6μs）接地体呈现的电阻作为冲击接地电阻。冲击电流相当于高频电流，当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电，在高电阻率时，火花放电的效应越强，又由于高频电流的集肤效应，冲击电流在地表的流动。因此，因此接地体，只要是在冲击电流或电压的作用下，均表现出“电感-电导”泄流过程-电阻过程。一般电阻率地区的水平长接地体，只考虑“电感-电导”泄流过程;特高电阻率地区的水平接地体还要考虑波的过程。有时为了防止末断反射波的影响，在水平接地极的终断应加垂直接地极。

四、降低杆塔接地电阻的应用

接地装置和避雷线能够引导雷电流流入大地，避免雷击因素对电力线路正常运转的负面影响，从而保障其积极作用的有效发挥。尤其是接地电阻值，更是控制工作中的重点，如果无法实现对接地电阻值的有效控制，可能就会出现雷电反击现象，因为接地电阻值过大，促使避雷线产生高电位，最终塔顶的电位也会升高。因此行业工作人员要将接地电阻的控制作为工作中的关键。

目前，为降低杆塔接地电阻，我们已经探索了许多方法，例如连续伸长接地、外引接地、换土等。然而，由于方法的成本较高或要求过高，此类方法都已经不再使用，取而代之的是使用化学降阻剂等新兴技术。化学降阻剂在有水分时电解质电离出带电的离子成为导体，从而降低接地电阻。该方法使用初期效果较佳，但无水干燥时无降阻能力，且随着水分的变化电解质逐渐流失，降阻效果会逐渐衰减至消失。但化学降阻剂会带来对接地体圆钢产生腐蚀，从而导致接地装置的寿命降低。随着降低杆塔接地电阻的应用，石墨基柔性接地材料在接地装置中的应用颇为必要。石墨的稳定性、抗腐蚀性避免化学降阻剂带来的影响，其良好的导电性也会提高接地装置的安全性。

五、输电线路杆塔新型接地装置的应用前景

在输电线路杆塔新型接地装置的建设中，石墨基柔性接地材料有着广泛的应用。相较之传统的接地装置，新型接地装置的各项性能得到了显著提升。它不仅能够满足输电线路运行的安全性需求，也是我国电力行业持续发展的重要保障。另外，新型接地材料更加清洁。由于电力能源的大量需求，原有的钢材料接地装置会带来一定的污染和能源消耗，清洁的新型接地材料的应用必将成为社会绿色发展的趋势。随着市场经济的不断发展，输电线路接地装置新型接地装置的应用也提出了更高的要求。因此，电力行业技术的发展应当加快前进的步伐，以节能减排为前提，促进现代输电线路进一步科学化发展。

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