降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法

降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法

摘要降低桿塔接地裝置的接地電阻是提高輸變電線路耐雷水平的一項十分重要的措施．對于多石少土山區(qū)線路桿塔．用傳統(tǒng)施工方法接地電阻很難到達要求，筆者根據(jù)多年施工經(jīng)歷，提出一種既經(jīng)濟適用又效果顯著的降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法，與同行交流。

關(guān)鍵詞雷電接地電阻接地模塊降阻劑

1雷電危害與接地電阻

在架空輸電線路設(shè)計中，防雷設(shè)計是必須考慮的一個重要因素，隨著電力系統(tǒng)的開展，雷擊輸電線路而引起的事故也日益增多，據(jù)資料介紹：在我國高壓輸電線路的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的約占40％～70％，尤其在雷電活動強烈、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高，造成巨大的經(jīng)濟損失。

1．1雷電危害

雷電主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差到達一定程度(25～30kV／cm)時所發(fā)生的劇烈放電現(xiàn)象。通常雷擊有三種形式：直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。習(xí)慣上常用年平均雷暴日數(shù)、年平均地面落雷密度和年雷閃頻數(shù)，來表征某個地方雷電活動的頻繁程度和強度。大量觀測統(tǒng)計資料說明，一個地區(qū)的雷閃頻數(shù)與雷暴日數(shù)成線性關(guān)系。電力系統(tǒng)近年來由于雷害對系統(tǒng)運行產(chǎn)生的影響逐年增加。我國一般按年平均雷暴日數(shù)將雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強雷區(qū)。我國的雷電活動，夏季最活潑，冬季最少。全球分布是赤道附近最活潑，隨緯度升高而減少，極地最少。

當(dāng)雷電擊中接閃器。電流沿引下線向大地泄放時對地電位升高。有可能向臨近的物體跳擊，稱為雷電“還擊〞。雷電直擊在輸電線路上的避雷線，如果接地電阻過大，就會對線路造成損傷，斷路或擊穿瓷瓶造成短路跳閘。從而造成停電事故。高山桿塔不僅路途遙遠，攀爬也很困難，更換一次設(shè)備非常困難，這給維護增加了許多難度，而跳閘率恰恰又是電力系統(tǒng)考核的一個重要指標(biāo)。由此可見接地系統(tǒng)在電力輸變線路防雷中的重要性。

1．2接地電阻

輸電線路桿塔接地裝置通過桿塔或引下線與避雷線相連，其主要作用是將直擊于輸電線路的雷電流引入大地，以減少雷擊引起的停電和人身傷亡事故。無疑。降低桿塔接地裝置的接地電阻是提高線路耐雷水平的一項十分重要的措施。對于桿塔接地裝置。它的沖擊接地電阻值越低。雷擊,,-tan在絕緣子串上的電壓就越低，發(fā)生還擊閃絡(luò)的幾率就越小。在沖擊電流作用下，接地裝置的沖擊接地電阻一般低于工頻接地電阻。沖擊接地電阻因土壤性質(zhì)、沖擊電流峰值及波形、接地裝置的幾何形狀不同而相差很大。因此常以工頻電阻值作為接地設(shè)計的依據(jù)．同時考慮一定的降低裕度。在輸電線路設(shè)計中．如果工頻接地電阻能到達1O一15n，設(shè)計上即被認為優(yōu)良；在超高壓輸電線路中，多以不大于10n作為接地電阻的要求。我國高壓輸電線路比擬長。途經(jīng)地區(qū)的地理條件比擬復(fù)雜，經(jīng)常會遇到山上都是石頭，或者多石少土的情況。通常的施工方法很難到達要求，經(jīng)常是花費了很大的人力、物力，接地電阻還是達不到要求。有的接地電阻甚至高達幾百n，導(dǎo)致在雷雨季節(jié)。線路頻遭雷擊。而山區(qū)大局部桿塔都建在高山上，又增加了遭受雷擊的概率。針對這種普遍存在的現(xiàn)象，筆者根據(jù)多年的施工經(jīng)歷，并潛tL,研究，摸索出一種既經(jīng)濟適用又效果明顯的降低高山輸電線路桿塔接地電阻的方法，現(xiàn)提出與大家共享。

2常用接地方法分析

電力系統(tǒng)通常采用放射法埋設(shè)鋼筋來降低接地電阻．這種方法對于土壤條件較好的地方，或者泥土較多的地方還可以做到。但是對于接地電阻率高的地區(qū)或者石頭很多根本沒有泥土的地方幾乎沒有效果。我們知道，當(dāng)水平接地體長度增大時，電感的影響隨之增大，從而使沖擊系數(shù)增大，當(dāng)接地體到達一定長度后，再增加其長度，沖擊接地電阻也不再下降。筆者在施工現(xiàn)場就遇到過用搖表測不出接地電阻的情況，用4102表測到的電阻值在幾百n。原因就是對應(yīng)接地電阻率在1000—2000n·m時水平接地體的長度應(yīng)該在60—80m，而實際山上根本就沒有這么長的地段是由泥土組成的，而鋼筋埋在石頭中根本無法發(fā)揮作用。這也是這基桿塔經(jīng)常因遭雷擊而引起跳閘的原因。

2．1特殊土質(zhì)接地電阻分析

根據(jù)現(xiàn)場實測總結(jié)主要有以下幾種情況：

a．土加石頭覆蓋層外表植被較好．但下層根本屬于巖石層，接地電阻率很高。

b．由于風(fēng)化和人為措施造成的根本以碎石子為主體，泥土較少，外表看來植被較好，但由于泥土少石子間空隙較大。接地電阻率非常高。

c．外表看來大局部是泥土。但由于土質(zhì)堅硬沙土的顆粒較大，根本屬于風(fēng)化巖顆粒，造本錢身接地電阻率極高，加水后可適度減低但是該種土壤保水性極差滲透快。

d．鐵塔建在巖石上，幾乎沒有土壤和其它粉末狀介質(zhì)，即使埋設(shè)了鋼筋，由于與周圍無法形成統(tǒng)一地網(wǎng)，不能建立起有效的溝通．造成接地電阻極大。難于滿足雷電釋放的要求，從而引起跳閘。上述四種情況帶來以下幾方面的問題：

a．土壤的接地電阻率高，介質(zhì)保水性不好，鋼筋不能及時將雷電流有效泄放。

b．土壤和接地體之間沒有建立起有效的溝通，有效接觸面積缺乏。

c．水土流失嚴重，接地體腐蝕損壞嚴重。很難長期保持穩(wěn)定的接地電阻。

2．2改善接地電阻的方法眾所周知，接地網(wǎng)的電阻由以下幾局部構(gòu)成：

a．接地引線電阻，是指由接地體至設(shè)備接地母線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。

b．接地體本身的電阻，其阻值與接地體的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。

c．接地體外表與土壤的接觸電阻，其阻值與土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量、土壤與接地體的接觸面積及接觸嚴密程度有關(guān)。

d．從接地體開場向遠處(20m)擴散電流所經(jīng)過的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。接地電阻雖由四局部構(gòu)成，但起決定作用的是接地體接觸電阻及散流電阻。所以，本文從接地體的最正確埋設(shè)深度、不等長接地體技術(shù)，以及改善介質(zhì)情況等多個方面來考慮降低接觸電阻和散流電阻。

2．2．1首先改變接地極材料

采用XX恒電科技開展XX生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)非金屬模塊hd—ml(已申報實用新型專利)作接地主體材料，該模塊尺寸為275mm×50mm(圓片形)，質(zhì)量5，室溫下電阻率為0．0013n·m，埋設(shè)于地面下50—100cm的深度即可，模塊間用鍍鋅扁鋼連接。hd—ml模塊是采用500kg以上的壓力制成，密度較大。它的體電阻接近于銅，較之市場上常見的接地模塊，接觸電阻小幾百倍以上。結(jié)實程度好，受壓能力好，運輸和使用過程中不易產(chǎn)生破損，理論使用壽命可以到達30年以上。更主要的是模塊間的連接距離在60—100cm之間，便于在小區(qū)域內(nèi)施工，減少占用土地面積，造價相對廉價，經(jīng)濟性較好。使用該接地模塊既能最大限度地降低接地電阻，提高接地效率，又能保證接地體長期保持工作穩(wěn)定，具有吸濕，保濕特性，經(jīng)屢次大電流沖擊，阻值無增大，模塊也無變硬、發(fā)脆、斷裂現(xiàn)象，能經(jīng)受一40℃的低溫，北方高寒地區(qū)同樣適用。能減少地電位還擊：hd—ml系列接地模塊的非金屬材料使電阻率相差巨大的金屬與土壤之間形成一個變化比擬平緩的低電阻區(qū)域，當(dāng)大電流沖擊時，可降低接地體、接地線暫態(tài)電位梯度，降低跨步電壓和接觸電壓，減少發(fā)生地電位還擊的概率。

2．2．2選用長效復(fù)合降阻劑

參照XX高壓所提出的?接地降阻劑暫行技術(shù)條件?(1991年修改稿)，降阻劑之所以能降低土壤接地電阻，主要有以下三方面的作用：

a．降阻劑本身的電阻率應(yīng)很低，一般都應(yīng)小于5n·m。把降阻劑包在接地體周圍，同土壤的電阻率相比，降阻劑的電阻率一般要小兩個數(shù)量級。因此可忽略降阻劑的電阻，把降阻劑視為金屬，這就相當(dāng)于把接地體尺寸增大，到達降低接地電阻的目的。

b．降阻劑的使用增大了接地體與土壤的接觸面積，減少了接地體與土壤之間的接觸電阻，且具有吸潮性，保持接地體附近土壤的潮濕性。

e．在接地體周圍使用固體降阻劑敷設(shè)時的糊狀降阻劑漿液會在土壤一定X圍內(nèi)滲透，并向外擴散。使?jié)B透區(qū)間的土壤電阻率大大降低。

目前降阻劑配方各異、質(zhì)量參差不齊、價格特殊、用量不一，因此要慎重選擇降阻劑。在優(yōu)先考慮產(chǎn)品質(zhì)量和施工方便的前提下。再考慮價格以及用量等問題，并著重考慮產(chǎn)品以下幾方面的技術(shù)特性：

a．降阻特性。根據(jù)?接地降阻劑暫行技術(shù)條件?規(guī)定，室溫(25℃±15℃)下降阻劑在工頻小電流的電阻率應(yīng)小于5n·m，對于電阻率在100n·m左右，甚至更高的地區(qū)來說，應(yīng)要求降阻劑的電阻率接近ln·m，才能有效降低接地電阻。通常采用降阻劑的電阻率比土壤電阻率小20倍以上。

b．降阻劑的腐蝕性。降阻劑的使用應(yīng)對接地金屬無腐蝕作用，最好是能保護金屬不受腐蝕，?接地降阻劑暫行技術(shù)條件?規(guī)定，在實驗室的試塊中外表腐蝕率應(yīng)不大于0．03mm／年，在埋地的金屬腐蝕試驗中外表平均腐蝕率應(yīng)不大于0．05mm／年。一般要求，降阻劑呈弱堿性，且降阻劑漿料在24小時內(nèi)應(yīng)能完全凝固。從化學(xué)角度看，一方面，降阻劑呈弱堿性對接地電極有一定的保護作用；另一方面，降阻劑如不能凝固，不僅降阻劑會隨地下水流失．浸泡在導(dǎo)電漿液中的電極也會加速腐蝕，相反凝固后的降阻劑將成為金屬電極的固體保護層，隔離土壤中腐蝕液體的浸入。

c．降阻劑的穩(wěn)定性。使用降阻劑后，希望接地電阻穩(wěn)定，即降阻劑的性能不會隨時間發(fā)生變化，降阻劑的導(dǎo)電物質(zhì)不會隨地下水流失，也就是說穩(wěn)定性的好壞決定了降阻劑的壽命長短。在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低與其周圍大地介質(zhì)之間接觸電阻的作用，能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時，其降阻效果較為顯著。

筆者所采用的復(fù)合長效降阻劑(粉劑、水劑)是在吸取國內(nèi)外多種降阻劑優(yōu)點的根底上研發(fā)的一種新型復(fù)合降阻劑，經(jīng)屢次實踐、改良，成為降阻劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品。該降阻劑以高分子有機物與強電解質(zhì)的無機物相混合，參加引發(fā)劑后，發(fā)生化學(xué)變化，生成固液共存狀態(tài)的硬化樹脂凝膠體。不易溶解和流失，具有良好的導(dǎo)電性，且降阻效果能長期保持。由于該產(chǎn)品具有像水一樣的流動性，在施工澆注后，形成一個很強的密實體，產(chǎn)生較好的樹根效應(yīng)．有效地擴大了導(dǎo)體的等效直徑與土壤的接觸面積，更進一步降低了接地電阻。降阻劑凝固后形成的凝膠體具有吸水性、保水性、滲透能力強、高導(dǎo)電性等特點，降阻效果明顯、持久，使用初期阻值逐步下降，最后趨于穩(wěn)定，可保持15年以上。該降阻劑是一種良好的導(dǎo)電體，將它使用于接地體與土壤之間，一方面能夠與金屬接地體嚴密接觸，形成足夠大的面積承受電流能量；另一方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。凝固后的降阻劑(PH=9．7)構(gòu)造嚴密，對電極有防腐蝕保護作用。通過降阻劑的滲透，進一步擴大模塊和周圍介質(zhì)的有效接觸區(qū)域，使電流能夠通暢地泄放入地。

2．2．3使用降阻劑形成放射通道擴大有效區(qū)域

由于介質(zhì)條件不好在地網(wǎng)周邊區(qū)域可能根本就沒有導(dǎo)電性，這就必須利用降阻劑的特性敷設(shè)放射通道來連接周圍有土壤的區(qū)域，通過這種連接擴大地網(wǎng)的泄放通道，增大地網(wǎng)接觸面積，并可跨越斷層產(chǎn)生連續(xù)的地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。就像我們所熟知的，許多山上經(jīng)常只有小區(qū)域的地有泥土而且彼此不連貫，中間隔著的一般是巖石斷層或者碎石斷層．處理這種斷層采用普通降阻劑是沒法實現(xiàn)的，即使勉強做了也會由于雨水的沖刷而流失不能長久保持。筆者所采用的降阻劑是將幾種不同的礦物質(zhì)在水中混合、溶解，然后參加引發(fā)劑，發(fā)生化學(xué)變化，生成固液共存狀態(tài)的樹脂凝膠體，不易溶解和流失，具有良好的導(dǎo)電性，且降阻效果能長期保持。由于液體的流動性極好，能夠最大限度地滲透到土壤和砂石間的縫隙之中，凝固后將山石之間的空間填實，將原本相互之間沒有連接的巖石連接起來，增大泄流面積；同時通過降阻劑的作用，將原本別離的區(qū)域連接起來，形成較大的散流面積，更進一步降低了接地電阻。在不同的地質(zhì)條件下，其降阻率與常規(guī)方法相比可降低10～15倍。通過降阻劑滲透到碎石縫中將碎石有機地結(jié)合起來形成一片有效區(qū)域．將斷層變成低電阻率的導(dǎo)電區(qū)域有利于雷電流的泄放。

2．3施工材料用量

2．3．1接地模塊用量

根據(jù)多年使用接地模塊建造地網(wǎng)的實踐經(jīng)歷，總結(jié)出如下模塊用量計算經(jīng)歷公式：據(jù)此計算出模塊的使用數(shù)量為15塊，考慮到現(xiàn)場的特殊性和保險因素確定模塊的使用量為16塊。

2．3．2降阻劑用量

降阻劑的配套用量為每塊接地模塊對應(yīng)一份，四塊配一箱．每箱降阻劑的有效使用量為100kg，每份降阻劑可以完成4延長米的澆注，每箱可以實現(xiàn)15延長米的澆注連接，兩箱降阻劑可以實現(xiàn)3O米延長區(qū)域的通道澆注敷設(shè)。因此，降阻劑配套用量每基桿塔六箱就可以實現(xiàn)預(yù)計的接地效果。

2．4施工方法

a．深植層敷設(shè)。首先在桿塔附近尋找到可以埋設(shè)模塊的地形．挖出深度0．6～1m，寬度0．3m的深溝。將降阻劑調(diào)好澆入溝底作第一次深植層，降阻劑滲入溝底下層構(gòu)成樹枝狀延伸。此時的降阻劑用量需要比擬大，凝固時間相對較長一些，大約在30～60s之間，滲入深度在0．3～0．6m之間，以便于降阻劑能深層滲透形成良好的導(dǎo)電層。