高土壤電阻率地區(qū)輸電線路桿塔降阻技術應用研究

唐 靜，張 磊

（成都工業(yè)學院，四川 成都 611730）

0 引言

架空輸電線路暴露在自然中地域空曠處，極易遭受雷擊，雷擊跳閘統(tǒng)計中雷電反擊約占50%，而雷電反擊的主要原因是接地電阻不合格［1］。國內(nèi)外減輕和防止雷害事故的最有效方法是降低桿塔的接地電阻。高土壤電阻率地區(qū)地質(zhì)條件十分惡劣，土壤電阻率非常高，而且施工條件極差，施工難度大，降阻困難。目前對高土壤電阻率地區(qū)的降阻措施主要有換土，水平外延接地體，深埋接地極、接地模塊，使用降阻劑，接地爆破技術等［2-3］，但是換土、深埋接地極、接地模塊工程量大，水平外延接地體外延長度受限，使用降阻劑對土壤和地下水產(chǎn)生污染，爆破技術對桿塔基礎有影響。傳統(tǒng)接地材料和設計、施工很難達到相關標準、規(guī)范對桿塔的接地電阻和使用壽命要求。因此，開發(fā)一種運輸安裝方便、降阻效率高、使用壽命長、接地電阻穩(wěn)定、安全性高的桿塔接地裝置具有重要意義。

1 新型接地裝置結構與原理

新型接地裝置如圖1所示，由電極單元、土壤預處理劑和復合回填料3部分組成。電極單元采用特殊防腐處理，復合回填料緊密包裹電極單元，減緩金屬電極單元腐蝕。引出線、連接線和泄流環(huán)采用耐腐蝕材料制成，延長接地裝置使用壽命。泄流環(huán)可有效降低大電流流過時引起的地電位升，保障地面人員安全。復合回填料主要原料為導電石墨，導電性能穩(wěn)定，同時電極單元內(nèi)部還將向周圍釋放擴散導電離子，改善周圍土壤環(huán)境，接地電阻隨季節(jié)變化小。

圖1 新型接地裝置示意

2 降阻效果分析

選取一塊遠離線路桿塔、管線等干擾的空地，埋設熱浸鋅圓鋼、接地模塊及新型接地裝置，對比分析新型接地裝置的降阻效果。設置3個接地溝，溝底寬度均為0.4 m，溝深均為1 m，每條溝之間的間距為8 m，A與B接地溝的長度為8 m，C接地溝的長度為2 m。A接地溝敷設鋅熱浸鋅圓鋼8 m；B接地溝敷設1套新型接地裝置；C接地溝敷設1套接地模塊和1 m鋅熱浸鋅圓鋼引出線，覆土回填。測試3種接地體的接地電阻，對比分析3種接地體的降阻效果。采用加拿大CDEGS專業(yè)接地軟件進行模擬如圖2所示，對比分析其工頻電阻、跨步電壓。由表1可知，新型接地裝置的降阻效果顯著優(yōu)于熱浸鋅圓鋼及接地模塊，軟件模擬結果與實測結果接近。

表1 對比試驗測試結果

如圖2所示，熱浸鋅圓鋼跨步電壓值最大點位于圓鋼兩端，為37.853 V，接地模塊跨步電壓值最大點位于接地模塊中央，為48.26 V，新型接地裝置跨步電壓值最大點位于泄流環(huán)處，為18.534 V，說明新型接地裝置泄流環(huán)能夠有效降低接地裝置端部跨步電壓，確保地面人員安全。

3 應用實例

某220 kV線路32號桿塔位于山頂，山頂表層土壤較薄，下層為干燥、松散的礫石土，土壤電阻率較高，測試結果見表2。

圖2 跨步電壓分布

表2 某220 kV線路32號桿塔土壤電阻率

前期對桿塔接地電阻進行了測試，測試值為22 Ω，本次測試值為19.64 Ω，通過土壤電阻率和接地網(wǎng)射線長度，根據(jù)式（1）可以推算出接地網(wǎng)的理論接地電阻為18.652 1 Ω，與實際測試值比較接近。由于土壤的不完全均勻性，所以測量結果和理論計算結果會產(chǎn)生一定的誤差，此次原地網(wǎng)接地電阻值暫取19.64Ω進行設計。

式中：R1為接地電阻，Ω；ρ為土壤電阻率，Ω·m；L 為接地體長度，m；h為接地體埋設深度，m；d為接地體等效直徑，m；At為水平接地極的形狀系數(shù)。

3.1 工程施工

按照設計方案要求及現(xiàn)場情況，沿桿塔兩條腿開挖水平射線接地溝74 m，開挖深度為0.6 m，寬度為0.3 m；接地溝挖好后，敷設直徑為12 mm的熱鍍鋅熱浸鋅圓鋼于接地溝中，用復合回填料均勻包裹熱浸鋅圓鋼；將土壤預處理劑均勻倒入溝槽內(nèi)，放入拆去包裝后的新型接地裝置，再用復合回填料包裹新型接地裝置；新型接地裝置與熱鍍鋅熱浸鋅圓鋼連接處采用電焊焊接，焊接好后，接頭做防腐處理；回填細土并逐層夯實。埋設新型接地裝置后，接地網(wǎng)的接地電阻測試結果如表3所示，接地電阻為7.9 Ω，滿足R≤10 Ω的接地電阻要求。

表3 改造后接地網(wǎng)的接地電阻測試結果

3.2 經(jīng)濟性分析

參照GB／T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》，以土壤電阻率 ρ=1163.5 Ω·m，接地電阻值R≤10 Ω進行接地設計，并以使用壽命30年，桿塔根開8 m，對采用2種接地材料的改造方案進行經(jīng)濟技術性分析。

若采用常規(guī)的熱浸鋅圓鋼新建標準型地網(wǎng)進行降阻，32號桿塔所需熱浸鋅圓鋼為220 m。但根據(jù)GB／T 50065—2011《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》要求，射線長度不大于2ρ0.5，而220 m已遠遠超標，且桿塔位于山頂，受地形條件影響，施工難度大；且地網(wǎng)外延射線過長，不利于雷電流散流，故障時易發(fā)生反擊；施工時對植被破壞大。

新型接地裝置安裝非常方便、安裝不需要水、降阻高效、使用壽命長、接地電阻穩(wěn)定、安全性高、結構合理。30年內(nèi)熱浸鋅圓鋼地網(wǎng)共需改造3次，總費用還需考慮若干年后人工成本、材料價格等上漲，考慮改造成本和難度大于新建的成本和難度，暫定20%，得到熱浸鋅圓鋼和新型接地裝置經(jīng)濟性分析如表4所示。

表4 熱浸鋅圓鋼和新型接地裝置經(jīng)濟性分析

4 結語

高土壤電阻率地區(qū)地質(zhì)條件十分惡劣，土壤電阻率非常高，降阻困難，針對此問題，研發(fā)一種新型接地裝置。該裝置具有良好的降阻效果，與傳統(tǒng)的熱浸鋅圓鋼相比，單套新型接地裝置的降阻效率可提高46.3%，明顯降低雷擊跳閘概率，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。新型接地裝置與傳統(tǒng)熱浸鋅圓鋼相比，費用可節(jié)省64.5%，降低了電網(wǎng)運行維護成本。新型接地裝置與傳統(tǒng)的熱浸鋅圓鋼相比，能顯著降低桿塔接地裝置的跨步電壓，確保人員安全。