沙害地區(qū)輸電線路桿塔防雷接地研究

四川桑萊特智能電氣設(shè)備股份有限公司 陳范嬌

沙害地區(qū)輸電線路桿塔防雷接地研究

四川桑萊特智能電氣設(shè)備股份有限公司 陳范嬌

沙害地區(qū)的輸電線路防雷接地研究對于提高局部地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性具有十分重要的意義。文中通過對沙害地區(qū)的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較、材料選擇進(jìn)行研究，對材料比選、方案設(shè)計(jì)流程，以及防風(fēng)固沙等治理實(shí)施提出了思路方法。能夠良好的提高沙害地區(qū)輸電線路桿塔防雷接地的可靠性。

沙害 輸電線路桿塔 防雷接地 防風(fēng)固沙

沙害屬地區(qū)性自然因素，在我國電網(wǎng)面積分布中占比較小，主要分布于內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)，與其它地區(qū)比較，處于沙害地區(qū)的輸電線路桿塔防雷接地治理往往難度大，桿塔遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)高，筆者通過對蒙東電網(wǎng)±500 kV伊穆直流輸電線路共100基桿塔的防雷接地治理研究及實(shí)施驗(yàn)證，以解決局域性地區(qū)的特征問題，增加電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

1 沙害地區(qū)防雷接地的特征

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和延伸，有部分輸電線路不可避免的位于沙漠邊緣或穿越沙漠。通過分析，處于沙化地區(qū)的輸電線路桿塔防雷接地典型特征為：

1.1 土壤性質(zhì)對土壤電阻率的影響

不同性質(zhì)的土壤 ，其電阻率甚至相差較大。干旱沙漠地區(qū)，土壤電阻率高，要滿足輸電線路運(yùn)行的規(guī)范要求有一定的困難。必須采用有效降阻措施才能保證其接地電阻盡可能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

圖1 處于沙化地區(qū)的桿塔

1.2 沙害地區(qū)對防雷接地的影響

沙化地區(qū)一般常年干旱，降水稀少，風(fēng)沙頻繁。在風(fēng)力的作用下，沙粒的移動會造成桿塔被埋或者桿塔基礎(chǔ)外露，桿塔被埋會引發(fā)導(dǎo)線對地距離不足，容易發(fā)生對地放電，嚴(yán)重時會引起線路跳閘；桿塔基礎(chǔ)的外露一般伴隨著接地網(wǎng)的外露，這樣會降低接地網(wǎng)的作用，接地電阻值離設(shè)計(jì)規(guī)范要求更是偏離甚遠(yuǎn)。

2 影響因素及問題分析

根據(jù)蒙東電力公司架空輸電線路2006 ～ 2012年運(yùn)行情況分析表明，在蒙東高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的次數(shù)約占46.15%。

表1 每基桿塔不連避雷線時的工頻接地電阻最大值

表2 接地材料的技術(shù)分析

圖2 沙化地區(qū)輸電線路防雷接地設(shè)計(jì)流程

本次項(xiàng)目實(shí)施共選擇的± 500 kV伊穆直流輸電線路100基桿塔，處于蒙東地區(qū)的興安盟，在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施前，進(jìn)行了現(xiàn)場勘察，存在的主要因素有：

2.1 土壤沙化嚴(yán)重，降阻難度大

興安盟位于內(nèi)蒙古東北部，地區(qū)氣候?qū)侔敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，特點(diǎn)是天氣寒冷，年降水量不高且蒸發(fā)量大，風(fēng)沙天日數(shù)多，旱、澇、風(fēng)、雹等自然災(zāi)害時有發(fā)生。全盟總土地面積59806km2，其中沙區(qū)面積17200km2。由于氣候干旱、高溫、風(fēng)大，地表有豐富的疏松沙質(zhì)沉積物，年降水量少且不穩(wěn)定，干旱季節(jié)與大風(fēng)季節(jié)在時間上的同步性，使土地有向沙化發(fā)展的趨勢[1]。從選擇的100基桿塔的勘測數(shù)據(jù)顯示，其中90基處于沙化地區(qū)（見圖1），土壤電阻率基本處于1000 Ω?m～2500 Ω?m，土壤電阻率高出普通黏土、黃土約100倍。

2.2 接地裝置的固定保護(hù)

按照現(xiàn)有電力行業(yè)的防雷接地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，接地裝置的埋深為0.6m。從往年的運(yùn)維數(shù)據(jù)分析，處于興安盟沙化地區(qū)的輸電線路桿塔接地裝置，如不進(jìn)行專業(yè)固定防護(hù)，基本在1～2年的時間，接地裝置會風(fēng)吹裸露出地表。

裸露出的接地裝置，不能形成有效的雷電流泄流通道，導(dǎo)致輸電線路遭受雷擊后而不能得到保護(hù)，從而容易擊穿絕緣子，導(dǎo)致線路跳閘等運(yùn)行事故的發(fā)生。

2.3 接地電阻值的穩(wěn)定性

接地電阻值的變化受溫度、濕度等季節(jié)性變化，處于溫差大、雨季季節(jié)性變化大的地區(qū)尤為顯著。一般在當(dāng)年雷雨季節(jié)前進(jìn)行改造實(shí)施，現(xiàn)有的常規(guī)接地材料都有局限性，如扁鋼等受季節(jié)性變化較大；石墨粉等降阻材料，因沙化土壤隨著風(fēng)沙的移動，易流失，往往在短期內(nèi)接地電阻值反彈較為明顯。因此，接地電阻值的穩(wěn)定性重點(diǎn)考慮因素應(yīng)為選擇適合所在地區(qū)的接地材料。

圖3 接地裝置安裝示意圖

3 措施研究

3.1 接地材料的選擇

接地材料的選擇主要考慮所在自然環(huán)境的腐蝕適應(yīng)性、降阻效率、使用壽命以及性價(jià)比等。根據(jù)土壤電阻率越高，腐蝕性離子越低的趨勢。沙化地區(qū)的腐蝕性可不作為重點(diǎn)考慮因素。針對沙化地區(qū)的接地電阻值（見表1），重點(diǎn)考慮接地降阻效率，以及選擇材料的性價(jià)比。

在雷電沖擊作用下，反映桿塔接地裝置性能的是沖擊接地電阻，而非工頻接地電阻。按照GB 50057-2000 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求[2]，雷電流泄流時接地線的有效長度 L≤2（ρ為土壤電阻率）。因此外延的接地裝置長度不可過長，以使雷電流在盡量短的時間內(nèi)泄入大地，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。

綜合評估桿塔差異化防雷風(fēng)險(xiǎn)較高的部分，根據(jù)原地網(wǎng)結(jié)構(gòu)、土壤環(huán)境，因地制宜的選擇合理的降阻方法降低接地阻抗，如增加外延水平射線等傳統(tǒng)降阻方法，對各降阻措施進(jìn)行以下技術(shù)分析（見表2）。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1314-2013《電力工程用緩釋型離子接地裝置技術(shù)條件》中的新型接地裝置[3]，選取以往傳統(tǒng)常規(guī)的扁鋼、石墨接地模塊2類接地材料進(jìn)行技術(shù)可靠性分析，分析的主要內(nèi)容有外形結(jié)構(gòu)、工作原理、降阻效果、施工方便性、壽命等因素。

3.2 設(shè)計(jì)流程

圖4 防風(fēng)固沙（石塊）

圖5 防風(fēng)固沙（木條）

輸電線路的防雷接地設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境及條件、地質(zhì)構(gòu)成（地質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤電阻率等）、運(yùn)輸條件等條件綜合考慮。根據(jù)涉及因素及設(shè)定的治理目標(biāo)，設(shè)計(jì)流程為（見圖2）：

3.3 現(xiàn)場治理

現(xiàn)場的實(shí)施是設(shè)計(jì)成果的直接展現(xiàn)，關(guān)系到治理目標(biāo)的可靠性，本次實(shí)施重點(diǎn)分為2項(xiàng)：

(1)接地裝置材料的敷設(shè)。溝槽的開挖過程，對沙化地區(qū)涉及綠化植被的位置，依據(jù)設(shè)計(jì)示意圖，在保證開挖寬度、深度的情況下，接地材料的柔性連接部分，可彎曲敷設(shè)，應(yīng)盡量保護(hù)原有植被不受或少受破壞（見圖3）。對沙質(zhì)較為嚴(yán)重的地區(qū)，在溝槽開挖深度0.6 m后，為避免溝壁塌陷，應(yīng)及時完成接地裝置的敷設(shè)。

(2)防風(fēng)固沙

接地裝置敷設(shè)、安裝并進(jìn)行溝槽回填后，應(yīng)同時進(jìn)行防風(fēng)固沙工序，以避免風(fēng)沙的流動造成的接地裝置外露破壞，雷電流、故障電流不能形成暢通的泄流通道，造成雷電反擊、絕緣子擊穿、跳閘等運(yùn)行故障。輸電線路桿塔的接地裝置防風(fēng)固沙的保護(hù)一般為兩類，一是使用較大的石塊鋪設(shè)，避免使用體積較小的石子（見圖4）；二是使用條形木塊，垂直逐塊埋入土壤，形成“田”字形分布，達(dá)到防風(fēng)固沙的目的（見圖5）。

4 小結(jié)

沙化地區(qū)的輸電線路桿塔屬于地區(qū)性因素，防雷接地治理難度大，涉及因素多，應(yīng)綜合考慮土壤電阻率、接地材料選擇、防風(fēng)固沙等項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌。

桿塔防雷接地設(shè)計(jì)的可靠性體現(xiàn)，應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程。

防風(fēng)固沙的接地裝置保護(hù)，可選擇較大石塊、木條進(jìn)行敷設(shè)，延長接地裝置的壽命，提高輸電線路運(yùn)行的安全。

[1]高士成．興安盟土地沙化現(xiàn)狀及治理對策[J]．內(nèi)蒙古林業(yè)科技，2007(9)：46-47．

[2]GB 50057，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國建設(shè)出版社，2011．

[3]DL/T 1314-2013，電力工程用緩釋型離子接地裝置技術(shù)條件[S]．北京：中國電力出版社，2014．

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《電力設(shè)備管理》雜志社編輯部

2017.6.15