高土壤电阻率地区输电线路杆塔降阻技术应用研究

唐 静，张 磊

（成都工业学院，四川 成都 611730）

0 引言

架空输电线路暴露在自然中地域空旷处，极易遭受雷击，雷击跳闸统计中雷电反击约占50%，而雷电反击的主要原因是接地电阻不合格［1］。国内外减轻和防止雷害事故的最有效方法是降低杆塔的接地电阻。高土壤电阻率地区地质条件十分恶劣，土壤电阻率非常高，而且施工条件极差，施工难度大，降阻困难。目前对高土壤电阻率地区的降阻措施主要有换土，水平外延接地体，深埋接地极、接地模块，使用降阻剂，接地爆破技术等［2-3］，但是换土、深埋接地极、接地模块工程量大，水平外延接地体外延长度受限，使用降阻剂对土壤和地下水产生污染，爆破技术对杆塔基础有影响。传统接地材料和设计、施工很难达到相关标准、规范对杆塔的接地电阻和使用寿命要求。因此，开发一种运输安装方便、降阻效率高、使用寿命长、接地电阻稳定、安全性高的杆塔接地装置具有重要意义。

1 新型接地装置结构与原理

新型接地装置如图1所示，由电极单元、土壤预处理剂和复合回填料3部分组成。电极单元采用特殊防腐处理，复合回填料紧密包裹电极单元，减缓金属电极单元腐蚀。引出线、连接线和泄流环采用耐腐蚀材料制成，延长接地装置使用寿命。泄流环可有效降低大电流流过时引起的地电位升，保障地面人员安全。复合回填料主要原料为导电石墨，导电性能稳定，同时电极单元内部还将向周围释放扩散导电离子，改善周围土壤环境，接地电阻随季节变化小。

图1 新型接地装置示意

2 降阻效果分析

选取一块远离线路杆塔、管线等干扰的空地，埋设热浸锌圆钢、接地模块及新型接地装置，对比分析新型接地装置的降阻效果。设置3个接地沟，沟底宽度均为0.4 m，沟深均为1 m，每条沟之间的间距为8 m，A与B接地沟的长度为8 m，C接地沟的长度为2 m。A接地沟敷设锌热浸锌圆钢8 m；B接地沟敷设1套新型接地装置；C接地沟敷设1套接地模块和1 m锌热浸锌圆钢引出线，覆土回填。测试3种接地体的接地电阻，对比分析3种接地体的降阻效果。采用加拿大CDEGS专业接地软件进行模拟如图2所示，对比分析其工频电阻、跨步电压。由表1可知，新型接地装置的降阻效果显著优于热浸锌圆钢及接地模块，软件模拟结果与实测结果接近。

表1 对比试验测试结果

如图2所示，热浸锌圆钢跨步电压值最大点位于圆钢两端，为37.853 V，接地模块跨步电压值最大点位于接地模块中央，为48.26 V，新型接地装置跨步电压值最大点位于泄流环处，为18.534 V，说明新型接地装置泄流环能够有效降低接地装置端部跨步电压，确保地面人员安全。

3 应用实例

某220 kV线路32号杆塔位于山顶，山顶表层土壤较薄，下层为干燥、松散的砾石土，土壤电阻率较高，测试结果见表2。

图2 跨步电压分布

表2 某220 kV线路32号杆塔土壤电阻率

前期对杆塔接地电阻进行了测试，测试值为22 Ω，本次测试值为19.64 Ω，通过土壤电阻率和接地网射线长度，根据式（1）可以推算出接地网的理论接地电阻为18.652 1 Ω，与实际测试值比较接近。由于土壤的不完全均匀性，所以测量结果和理论计算结果会产生一定的误差，此次原地网接地电阻值暂取19.64Ω进行设计。

式中：R1为接地电阻，Ω；ρ为土壤电阻率，Ω·m；L 为接地体长度，m；h为接地体埋设深度，m；d为接地体等效直径，m；At为水平接地极的形状系数。

3.1 工程施工

按照设计方案要求及现场情况，沿杆塔两条腿开挖水平射线接地沟74 m，开挖深度为0.6 m，宽度为0.3 m；接地沟挖好后，敷设直径为12 mm的热镀锌热浸锌圆钢于接地沟中，用复合回填料均匀包裹热浸锌圆钢；将土壤预处理剂均匀倒入沟槽内，放入拆去包装后的新型接地装置，再用复合回填料包裹新型接地装置；新型接地装置与热镀锌热浸锌圆钢连接处采用电焊焊接，焊接好后，接头做防腐处理；回填细土并逐层夯实。埋设新型接地装置后，接地网的接地电阻测试结果如表3所示，接地电阻为7.9 Ω，满足R≤10 Ω的接地电阻要求。

表3 改造后接地网的接地电阻测试结果

3.2 经济性分析

参照GB／T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》，以土壤电阻率 ρ=1163.5 Ω·m，接地电阻值R≤10 Ω进行接地设计，并以使用寿命30年，杆塔根开8 m，对采用2种接地材料的改造方案进行经济技术性分析。

若采用常规的热浸锌圆钢新建标准型地网进行降阻，32号杆塔所需热浸锌圆钢为220 m。但根据GB／T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》要求，射线长度不大于2ρ0.5，而220 m已远远超标，且杆塔位于山顶，受地形条件影响，施工难度大；且地网外延射线过长，不利于雷电流散流，故障时易发生反击；施工时对植被破坏大。

新型接地装置安装非常方便、安装不需要水、降阻高效、使用寿命长、接地电阻稳定、安全性高、结构合理。30年内热浸锌圆钢地网共需改造3次，总费用还需考虑若干年后人工成本、材料价格等上涨，考虑改造成本和难度大于新建的成本和难度，暂定20%，得到热浸锌圆钢和新型接地装置经济性分析如表4所示。

表4 热浸锌圆钢和新型接地装置经济性分析

4 结语

高土壤电阻率地区地质条件十分恶劣，土壤电阻率非常高，降阻困难，针对此问题，研发一种新型接地装置。该装置具有良好的降阻效果，与传统的热浸锌圆钢相比，单套新型接地装置的降阻效率可提高46.3%，明显降低雷击跳闸概率，确保电网安全稳定运行。新型接地装置与传统热浸锌圆钢相比，费用可节省64.5%，降低了电网运行维护成本。新型接地装置与传统的热浸锌圆钢相比，能显著降低杆塔接地装置的跨步电压，确保人员安全。