利用钳形表测量线路杆塔接地性能的可行性研究

2011-07-13骆长云何智强周卫华

湖南电力 2011年5期

骆长云，何智强，周卫华

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)

输电线路杆塔接地网对电力系统的安全稳定运行至关重要。降低杆塔接地电阻是提高线路防雷水平、减少线路雷击跳闸率的主要措施〔1-2〕。当雷击杆顶或避雷线时，雷电流通过杆塔接地网入地。但因接地电阻偏高或接地通道不通 (接地导通不良)，从而产生较高的反击电压导致绝缘子闪络，致使线路跳闸。

湖南省是多酸雨地区，腐蚀对输变电接地网的危害尤为严重〔3〕。湖南省电力公司从上世纪90年代起至今，为摸清接地网的腐蚀情况及存在的问题，在雷雨季节来临之前均对输电线路杆塔地网进行接地通道导通情况进行检查。从近3年来的检查情况来看:湖南电网110 kV及以上线路雷击跳闸事故中，由于接地电阻偏高或接地通道不通 (接地导通不良)造成的雷击跳闸约占总雷击跳闸事故率的70%。因此，认真分析输电线路杆塔接地问题，采取行之有效的对策，具有十分重要的意义。故而，加强接地装置的安全性以及监测的实时性，是确保输电线路安全运行和电网安全运行的重要措施之一。

1 杆塔地网接地电阻和接地导通电阻的测量

传统的输电线路杆塔地网接地电阻均采用ZC-8接地摇表来进行测量，此后也出现了GEO-XP等一系列接地电阻测试仪。使用ZC-8型是将接地线从杆塔下部接地桩解开及打辅助接地极，使被测的接地极从接地系统中分离，然后将电压极及电流极按规定的距离打入土壤中作为辅助电极才能进行测量，且所测接地电阻仅为杆塔接地装置本身的接地电阻。

因此，基于三极法原理的ZC-8接地摇表 (以下简称接地摇表)对于测量杆塔下部地网接地电阻比较准确，前提是必须打开地网与上部接地引线的连接。对于有双接地引下线的线路杆塔，用ETCR2000钳形表 (以下简称钳形表)进行测试，连通图如图1，该法实际上测量的是回路的导通电阻。

图1 输电线路杆塔接地网导通电阻测试图

测试回路导通电阻时，回路中包含有接地网回路的导通电阻、接地引下线的电阻、杆塔本身的导通电阻。因而杆塔本身的状态也会影响钳形表的测试结果。图2为利用钳形表测量杆塔导通电阻时的等值电路图。

图2 钳形表测量线路杆塔导通电阻等值电路图

其中R1+jXg1为接地引下线回路的导通阻抗，R2+jXg2为输电线路杆塔本身的导通阻抗，R3+jXg3为输电线路杆塔本身的导通阻抗。此外，引下线与大地的接触电阻、杆塔本身接地引下线处涂防腐漆等也是影响回路导通电阻的影响因素。从图2的等值电路图来看，利用钳形表测量杆塔回路的导通电阻值较接地摇表大。

若2根引下线有1根断开或者是单接地引下线的线路杆塔，则引下线可以通过避雷线和其他杆塔地网与本塔地网构成回路，此时测量的是接地电阻。如图3。

图3 输电线路接地电阻测试原理图

图4为利用钳形表测量输电线路杆塔接地阻抗的等值电路图。

图4 钳形表测量线路杆塔接地电阻等值电路图

其中R1+jXg为欲测杆塔的接地阻抗。在接地电阻的测试回路中，还包含有避雷器阻抗 (Z=R+jX)和杆塔之间电阻的互阻抗 (在接地回路正常的情况下很小)以及其它杆塔的接地电阻并联后的等效电阻。根据钳形表的测试原理，实际上钳形表测试出的电阻就是上述4个数值的和。一般来讲，其测试数值是大于ZC-8接地摇表数值的。

2 测量数据分析

分别用钳形表和接地摇表对湖南省内100多基涉及不同电压等级的输电线路杆塔接地电阻和接地导通电阻进行了测量，通过大量现场试验发现:钳形表测量的接地电阻一般较接地摇表测量结果偏大，误差一般小于1 Ω。而钳形表的导通电阻测量结果为接地摇表的8～10倍。部分测试数据见表1。

从2种测试仪器的测试数据来看:钳形表测量的导通电阻包含有接地网回路的导通电阻、接地引下线的电阻、杆塔本身的导通电阻。而接地摇表仅测试部分引下线和接地网回路的导通电阻值。因而钳形表测试数据远较接地摇表测试导通电阻大。

表2为通过利用CDEGS仿真获取的500 kV和220 kV输电线路杆塔本身 (铁塔)的电阻的计算值。在仿真计算杆塔模型中，因实际杆塔钢材为角钢，而仿真软件中导体为圆钢，因此导体半径通过公式r=0.44b〔1〕等效，r为等效半径，b为角钢宽度。导体材料均为钢 (相对电阻率10，相对磁导率636)。杆塔模型参数如图5。

表1 线路杆塔接地电阻导通电阻测量值

图5 输电线路杆塔真型图 (单位:m)

不考虑线路负载及地中电流条件下，在接地引下线中串入幅值为6 mV的电压源，仿真计算结果见表2。

表2 500 kV和220 kV输电线路仿真计算电阻值

结合500 kV和220 kV输电线路杆塔电阻仿真计算值以及测量实际值，分析了利用钳形表测量输电线路杆塔导通电阻值和摇表测量值存在偏差的主影响因素。一是由于输电线路杆塔本身存在电阻值，特别是在线路运行以后由于杆塔本身处在线路运行环境中，杆塔顶端部分被氧化，杆塔结构本身由于涂有防腐漆以及常年运行后老化的一些因素也会导致杆塔本身的电阻值偏大，如表1中，接地良好的杆塔本身的电阻值测试范围在10～1 000 mΩ之间。二是在测试过程中线路负载在引下线中产生的电流影响测试精度。表3为模拟线路流过的负载电流对测量的影响，模拟了三相线路分别通过幅值为606 A的三相对称电流时对应接地引下线中流过的电流。

表3 线路负载电流对测量的影响

由计算结果可见，在线路负载电流作用下，引下线中流过的电流比较大，达到100 mA，这个电流甚至大于钳形表测量用激励电流，无疑会严重影响回路导通测量。

总之，通过大量现场试验发现:在利用钳形表对输电线路杆塔地网接地导通进行测量时，只要是针对不同引下线测试杆塔回路导通电阻数值没有大的偏差，并且导通电阻值测量值在2 Ω以下的，杆塔接地网本身导通便不存在锈断或脱落的情况，只是杆塔接地网有腐蚀而已。图6为在湖南某电业局进行线路 (220 kV宗柏线001号)导通电阻测试时发现导通电阻严重偏大后现场开挖的图片，也验证了利用钳形表测量输电线路杆塔导通的有效性及实用性。

图6 杆塔接地装置现场开挖图

对于输电线路杆塔的接地电阻测量，从表1中可以发现，钳形表和接地摇表测量结果的绝对误差基本上小于1 Ω。而事实上，接地电阻受湿度、温度等影响非常大，接地电阻值并不是固定不变的。在日常维护中应当着重判断杆塔接地网接地电阻是否符合设计值指标以及结合其接地电阻和导通电阻值的相对变化情况判断接地网是否存在故障或缺陷，而没有必要苛求知道精确的接地电阻值。