基于电气设备中输电线路接地装置的改造技术研究

蔡伟斌

国网江苏省电力公司高邮市供电分公司 江苏 扬州 225600

引言

随着电气设备在人们日常生产生活中的广泛应用，对电气设备使用的安全性提出了更高的要求，做好电气设备防雷装置检测及其运行维护十分重要。基于此，本文分别从电气设备遭受雷击的原因、防雷装置检测和运行维护等方面进行讨论，以增强电气设备使用的安全性，将防雷装置在电气设备中的应用价值充分发挥出来。

1 输电线路防雷接地装置的重要性

1.1 降低杆塔接地电阻

对于杆塔输电线路，当其处于平原地带时，任何一种经济和有效的装置都能起到较好的防雷效果。当杆塔处于山区地带时，在对输电线路进行防雷过程中，通常会在杆塔的底部打较深的井，然后采用较长的辐射地线来进行防雷，这种防雷措施由于地线与土壤接触地面积增加，所以能够起到有效降低电阻的作用。也可以在深井下利用降阻剂来达到降低电阻，保护输电线路的作用。对于杆塔较高的情况，则在对输电线路进行防雷时，可以降低杆塔接地电阻来提高防雷的水平，避免高压下线路跳闸现象的发生。但在采用这种防雷装置时，需要确保与地面接触的正确性，这样当雷击事故发生时，大量的雷电流则会释放到大地中，从而确保输电线路运行的安全性[1]。

1.2 安装自动重合闸

在输电线路防雷保护过程中，还需要进行自动重合闸的设置。雷击现象属于自然现象，具有不可控性，雷击作用在输电线路时，往往是在瞬间发生时，雷击事故发生后，线路会出现跳闸，从而导致大面积停电事故发生。利用安装自动重合闸可以将瞬间性的雷击进行消除，有效的控制输电线路跳闸的次数，确保输电线路运行的安全，使变电站内部设备的安全性和可靠性得到有效的保障。

1.3 避雷针和避雷器

在输电线路防雷保护中，避雷针是不可或缺的一项防雷装置，可以有效起到引雷的作用。所在具体设计时，可以将引电装置安设在避雷针上，这样一旦雷击发生，大部分雷电则会被避雷针引入到大地中。对于雷击事故频发地区，则可以利用负角保护针来进行防雷。其主要是在输电线路的两加相上设置避雷针，而且导线上方也安设避雷针，这样可以有效形成一个防雷装置，有效地对雷击事故起到预防作用。

防雷装置的采用，需要与线路所处中段的地形、环境等因素充分的结合，选择适宜的防雷装置。在具体防雷应用过程中，接地电阻所能起到的作用十分有限。所以在输电线路防雷保护时避雷器的采用是不可避免的，同时在防雷装置设计过程中宜采用非线性电阻，从而达到较好的防雷效果。在防雷装置设计过程中，需要做好避雷器的连接工作，为了能够有效地达到防雷的效果，防雷装置需要串联进行放电，但这种串联是将避雷器和绝缘子并联在杆塔上，从而有效地对雷击导致的线路烧毁及跳闸问题进行有效控制。

2 电气设备遭遇雷击的原因

在雷雨天气出现的过程中，电气设备极易遭受雷电冲击电流和电压的影响，一旦突增的瞬时电流进入到电力网络系统中，将会损害线路上相关电子设备的安全，进而出现电子设备故障问题，这些需引起工作人员的高度关注。我国在构建电力网络之前，大都考虑到了雷电对供电网络的危害，并通过安装相关的防雷设施以降低雷电对电气设备的危害。为提升电子设备防雷装置的科学性、合理性水平，应全面掌握电气设备遭受雷击的原因。雷电对电气设备的危害主要包括感应雷击和直击雷两种，在雷电天气出现的过程中，电力系统线路中的电压和电流均会增强，一旦电压和电流同额定数值相符，将会影响电子设备内部构件。

雷电对电气设备的主要威胁是指雷电破坏了电流传输线路，将带电云层看作是高压电容器，其两端分别与大地和中线进行连接，并构成了通电回路，而雷电流则借助于线路不断流入到供电网络内，进而产生差模电流和共模电流。因电流较大，若电气设备缺少相应的防雷保护措施，极易引发用电事故，威胁着人们生命财产安全。因此，应对电气设备防雷装置加强研究，并将防雷装置检测和运行维护工作做好，为电力系统提供良好的电力供应[2]。

3 接地装置的腐蚀和影响因素

3.1 接地装置的腐蚀环境

接地装置的腐蚀环境主要有两种，即大气腐蚀和土壤腐蚀。

金属材料的大气腐蚀主要是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀性介质（包括烟尘、表面沉积物）的联合作用而引起的破坏。

而土壤腐蚀是指土壤的不同组成部分和性质对材料的腐蚀。由于土壤是一个由气、液、固三相物质构成的复杂系统，其中还存在着若干数量不等的土壤微生物，其新陈代谢也会对材料产生腐蚀。如果把气候、地区分布考虑进去，那么，即使是同一种土壤，腐蚀性大小也是不同的。由此可见，土壤腐蚀性的研究是一个非常复杂的问题。接地装置中，接地引下线的腐蚀主要是大气腐蚀，而接地网的腐蚀主要是土壤腐蚀。而接地引下线进入土壤的部分，既有大气腐蚀的环境，又有土壤腐蚀的环境。

3.2 大气腐蚀的机理

温度和相对湿度是引起金属在大气中腐蚀的重要原因。当金属与比其表面温度高的空气接触时，空气中的水蒸气可在金属表面凝结，即结露，这是金属发生潮的大气腐蚀的基本原因。当空气中相对湿度到达某一临界值时，水分子金属表面形成水膜，从而促进了电化学过程的发展，表现出腐蚀速度迅速增加，此时的相对湿度即为金属腐蚀临界相对湿度。金属表面如有微细的缝隙、氧化物、小孔、吸潮的盐类及灰尘等存在，由于毛细管的凝聚作用，其结露的临界湿度降低，这就是经常见到的钢铁构件的狭缝中，盖有灰尘的表面或有锈层处，特别容易生锈的原因。

3.3 土壤腐蚀的机理

土壤腐蚀属于电化学腐蚀，它和其他介质中的电化学腐蚀过程一样，因金属和介质的电化学不均一性形成腐蚀原电池，这是腐蚀发生的根本原因。实质上土壤腐蚀是水溶液腐蚀的一种特例。它受土壤的pH值、杂散电流、化学反应、电阻率和微生物作用的影响极大。氧和水是土壤腐蚀的关键因素。但因土壤介质具有多相性，不均匀性等特点，所以除了有可能生成和金属组织的不均一性有关的腐蚀微电池外，由土壤介质的宏观不均一性所引起的腐蚀宏电池，在土壤腐蚀中往往起着更大的作用。

与接地网腐蚀有关的土壤性质主要有：孔隙度（透气性）、含水量、电阻率等。而这些影响因素又是相互联系、共同作用的。透气性较好的石渣土、风化石等粗粒无黏性土壤中的接地网腐蚀程度较轻。而在密不透气的黏土中，地网容易发生严重的腐蚀，黏性越大，腐蚀越严重。这是因为在氧浓差电池的作用下，透气性差的区域将成为阳极而发生严重腐蚀。而在透气性良好的土壤中也更容易生成具有保护能力的腐蚀产物层，阻碍金属的阳极溶解，使圆钢腐蚀速度减缓[3]。

土壤中含水量对腐蚀的影响很大，土壤中的水分对于金属溶解的离子化过程及土壤电解质的离子化都是必要的。有资料表明，当土壤含水量很高时，饱和度大于95%，氧的扩散渗透受到阻碍，腐蚀减轻。当湿度降到10%以下，由于水分的短缺，阳极极化和土壤电阻加大，腐蚀速度又急速降低土壤电阻率越小，土壤腐蚀也越严重。黏性土电阻率较低，地网处于此种土质中腐蚀较大，而石渣土等土质的电阻率较大，腐蚀较轻。

3.4 接地网设计缺陷

在接地网的设计方面，对于每一道设计工序，如果把关不严格，有可能存在安全隐患。接地形式应该根据接地点的土壤环境、气候环境等因素合理选择。土壤环境一个关键的相关指标为电阻率。一般而言，电阻率高的地方其接地电阻值大。因此，为了适应该类地区的土壤环境，接地体的面积应该做大些，以平衡其电阻率高带来的负面影响。同时，在一些受雷电影响较为明显的地区，其接地电阻理论值超标，将会直接影响接地网的安全可靠性。此外，土壤的酸或碱腐蚀性也是接地体在设计过程中要重点关注的方面。如果土壤过酸或者过碱，很容易导致接地体腐蚀断裂，从而失去了接地网的泄流作用。

4 对电气输电线路的防雷接地技术进行改造的相关措施

4.1 关注易发事故问题

在对电气设备防雷装置进行运行维护的过程中，应高度重视起电气设备防雷装置问题，对常见事故现象和出现频率进行了解，第一时间发现事故问题并进行解决，始终确保电气设备防雷装置可以正常运行。若电气设备电阻值比正常数值标准要低，需及时排查故障问题，并采取有针对性的处理对策。为了及时发现易发事故问题，需要工作人员具有丰富的理论知识和实践经验，根据不良现象找出电气设备防雷装置存在的问题，进而关注各种事故问题，这是电气设备防雷装置运行维护的重要工作[4]。

4.2 防雷装置故障预防措施

一旦电气设备防雷装置出现故障问题，应对故障原因进行确定，并找出科学有效的解决办法，由于解决过程中会出现一定损失，而采取提前预防的办法则能增强运行维护的有效性水平。在电气设备防雷装置检修后，应关闭相关设备，重新进行查看。在安装电气设备防雷装置时，一些部位需使用螺接方式连接，此时应在该部位安装弹簧垫圈。若安装防雷装置的线路高于110kV，此时不能选用铜铝过渡材料，否则会引发线路故障。防雷装置的提前预防可以是定期对电气设备防雷装置的绝缘外套进行擦拭，确保其表明清洁干净，还可以以周为单位对防雷装置进行检查。

4.3 做好防雷接地性装置的检查工作

在检查防雷接地性装置期间，需先设定好各项检查项目。在一定程度上，这些检查项目通常包含着装置每个连接点的实际状态、土壤的电阻效率实际情况、土壤中可否含有一定的化学成分、电气设备各个元件可否牢固等。在细致化检查期间，若发现了有不符合标准及相关要求的情况，必须责令及时调整。如在接地性装置实际运行期间电阻的树种不符合相关标准期间，必须利用三项的措施予以合理化调整，具体做法如下:增加垂直地下接地体长度与数量;应用化学类型降阻剂予以合理化调整;当实际电阻值与相关标准存在着较大差异性时，需改变该接地体其周边土壤的阻率，如可使用黑土、黄黏土这些电阻率较低的一些土壤类型，以确保建筑物电气设备自身的防雷性有所提升[5]。

5 结束语

电气设备防雷装置在维护电气设备安全可靠运行中扮演着至关重要的角色。一旦防雷装置受到损坏，则会影响电气设备的正常供电，并产生极其严重的损失。所以相关部门和工作人员必须要高度重视电气设备防雷装置的检测以及运行维护工作，在工作中要保持严谨细致、高度负责的态度，并且加强相关业务技能的学习。不断提升防雷检测水平以及运维能力，以保障电气设备的稳定、安全运行，为供电系统的正常供电打下良好的基础。