输电线路杆塔接地降阻措施研究

解廷春XIE Ting-chun

（国网山西省电力公司朔州供电公司，朔州 036002）

（State Grid Shanxi Electric Power Company Shuozhou Power Supply Company，Shuozhou 036002，China）

1 接地电阻的重要性

①对于输电设备来说，通过接地处理，在一定程度上可以有效防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏等事故的发生，进一步确保电力系统的正常、平稳运行。近年来，因接地网不能满足要求，进而引起设备损坏事故，在国内许多地区频繁连续，在引发电网事故的各种因素中，雷击是主要的自然灾害之一，通常情况下，在电网事故中，雷击事故超过50%。在这种情况下，接地装置的科学性、合理性是输电线路防雷的重要举措。

②在防雷中，接地装置的作用。对于雷电事故来说，其破坏作用通常情况下是由雷电流造成的，通过熟悉了解接地装置出现的最大电位，在一定程度上可以有效防止雷击事故的发生。一般来说，雷电流通过单根引下线的全部电压降利用下列公式可以进行计算：

式中i——雷电流，（kA）；

Rch——接地装置的冲击电阻，（Ω）；

L0——单位长度的电感，（μL/m）；

l——接地引下线的长度，（m）；

UFJ——电压降，（kV）；

di/dt——雷电流的陡度，（kV/μs）。

2 常见的雷击故障及防雷措施

2.1 输电线路杆塔雷电的“直击”和“绕击”电网的事故中以输电线路的故障占大部分，输电线路的故障又以雷电故障为主。根据运行记录，架空输电的供电故障一半是雷击引起的，所以研究其故障及其预防是非常重要的。

在雷击故障中，直击雷比较常见，这种故障是指带电云层与大地上某一点发生放电现象。直击雷的威力比较大，通常情况下，雷电压可达几万伏，甚至几百万伏，瞬间电流高达十几万安，在雷电通路上，高温能够烧伤甚至融化物体会。雷闪击中架空输电线路运行中带电导线，称为输电线路直接雷击，塔顶及塔顶附近的避雷线容易受到直击雷的影响，容易导致该塔一相或多相瓷瓶发生闪络。另一种是绕击雷，所谓绕击雷是绕过避雷线击中导线，在大跨越档和线路周围空旷地区容易发生绕击雷故障。通常情况下，绕击雷容易造成边相瓷瓶串闪络，该边相应该是迎着雷云走向的一侧，当雷电流比较大时，绕击雷击中导线后，雷电流可以沿导线两侧进行传递，造成该档相邻的杆塔同相瓷瓶发生串闪络，当较大的雷电流绕击在一侧杆塔的导线上时，一般会造成该塔的瓷瓶发生串闪络，如果雷电流过大，在通过杆塔入地时造成塔顶电位高，同样可以引起反击，进而在一定程度上造成其它相瓷瓶发生闪络。

2.2 输电线路杆塔雷电的“反击”雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。发生雷害事故的杆塔往往为接地电阻偏高的杆塔，而且容易发生在雷害事故较多的线路上，通常情况下都是若干基杆塔接地电阻连续偏高，或者存在大跨越、大档距。在这些地方发生反击，是因为这些地段，一旦杆塔遭受雷击，相邻杆塔就不能进行有效的分流，而大部分的雷电流流过被击杆塔，受接地电阻较高的影响和制约，进而造成较多的塔顶电位，一旦绝缘子串两端的电位差超过绝缘子中的50%冲击放电电压时，在这种情况下，绝缘子发生击穿——即“反击”所致，当雷击塔顶时，塔顶电位为：

式中，Up、Rch、it、Lt分别为塔顶电位（V）、杆塔冲击接地电阻（Ω）、流过被击杆塔的入地电流（A）、杆塔的等值电感（H）。

如果塔顶电位为Up，那么与之相连的避雷线的电位同样为Up，由于避雷线与导线的电磁耦合作用，进而在导线上将出现耦合电位KUp，其中K 为耦合系数。在这种情况下，如果遭受雷击，空间电磁场会突然变化，在导线上会出现感应过电压，其幅值为，当雷电流达到幅值时，这时感应雷电压达到最大，即

此时，导线电位等于其耦合电位与感应雷电压之和：

式中k0为导线对避雷线的几何耦合系数；hs为避雷线的平均高度，（m）；hc为导线对地平均高度，（m）；a 为感应过电压系数，（kV/m）；t 为时间，（s）；τf 为雷电流波头时间，（μs）。此时作用在绝缘子串电压Um为杆塔塔顶电位Up与导线电位Uc之差，即

式中，ha为导线高度，（m）；β 为杆塔分流系数，即杆塔电流与雷电流之比值，β=。

对于Um来说，通常情况下会随着雷电流的增大而逐渐增大，当Um超过绝缘子的50%冲击放电电压时，绝缘子在这种情况下将会发生击穿放电，也就是所谓的“反击”。“反击”一方面与雷电流的大小有关，另一方面与杆塔电感、杆塔冲击接地电阻和相邻杆塔的冲击接地电阻有关。

2.3 输电线路的防雷措施 目前，为了确保输电线路的安全平稳地运行，通常情况下，通过安装避雷线、安装线路避雷器、采用差绝缘方式、增强线路绝缘、安装耦合地线、降低杆塔接地电阻等多种措施，对输电线路进行防雷处理性。将避雷线安装在高压输电线路的上方，在目前情况下，这是防止雷击的主要措施。一套完整的防雷装置，通常情况下主要包括：接闪器（避雷线）、引下线、接地装置。对于避雷线来说，其避雷原理是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，进而在一定程度上对线路进行保护，防止其遭受雷击。通过进行综合分析运用，依靠架设在杆塔顶端的避雷线，其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造，是简单而有效得方法，可以达到防雷要求和目的。只要我们采用合理的接地改造措施，综合考虑（土壤电阻率、土层结构、土质情况、含水情况、季节因素、气候，施工质量、人为因素等）因素，从防止雷击形式的根本出发，就能真正做到切实可行而又能收到实际效果。

2.4 接地降阻的技术措施

2.4.1 对接地体进行水平外延处理，在地理环境允许的情况下，需要水平放射接地体。这是因为，通过对接地体进行水平放射，一方面可以有效地降低工频接地电阻，另一方面可以有效降低冲击接地电阻。通过降低接地电阻，在一定程度上可以有效地防雷。对于接地体来说，通常情况下，根据现场的实际情况，进一步确定水平放射的形状和方位。对于接地体水平放射的长度，可以根据要求来确定，但是，在水平放射长度1.5 倍范围内，如果土壤电阻率较低，在这种情况下，可以通过外引接地的方式进行处理，进一步对水平接地体进行延伸。根据现场的实际情况，当增加水平接地体的长度时，会进一步增加电感的影响，同时增大冲击系数。随着接地体长度的不断增加，当增加到一定程度后，冲击接地电阻会随着接地体长度的增加而增加。对于接地体来说，其有效长度如表1 所示。

表1 在不同土壤电阻率下的水平接地体有效长度

2.4.2 深埋式接地极 在处理接地体的过程中，如果地下土壤或水的电阻率较比较低，在这种情况下，可以通过深埋接地极的方式，进一步降低接地电阻。对于含砂土壤来说，这种方法最有效。如果地下较深处土壤的电阻率比较低，在这种情况下，可以通过竖井式或深埋式对接地极进行接地处理。在选择埋没地点时，需要注意：

①选择地下水丰富，并且水位较高的地方。②如果杆塔附近有金属矿体，这是可以将接地体固定在矿体上，通过矿体对人工接地体的长度进行延长。③对山岩的裂缝进行充分利用，将接地极插入裂缝内，同时浇注降阻剂。④在北方冻土区进行施工时，通常情况下需要将接地体深埋到冻土层以下。⑤深埋接地体的间距超过20m。

2.4.3 填充降阻剂 降阻剂具有良好的强电解质和水分，这些物质具有导电性能，网状胶所包围着这些强电解质和水分，同时部分水解的胶体填充网状胶体的空格，在一定程度上避免随地下水和雨水而流失，因而能够长期保持良好的导电性。

2.4.4 多支外引式接地装置 在设置杆塔的过程中，如果附近有水源，并且水的导电率较低，可以对这些水源进行充分利用，通过将接地极布置在水下或水边，进一步降低接地电阻。

2.4.5 更换土壤 对于原有电阻率较高的土壤，利用电阻率较低的土壤进行取代，其置换范围控制在接地体周围0.5m 内。

2.4.6 人工处理土壤 通过人工的方式，将食盐、木炭等化学物加入到接地体周围的土壤中，提高接地体周围土壤的导电性。

3 结束语

综上所述，输电设备的路径大部分区域为地理环境不太好的地点，而接地保护有是我们电网的重要组成部分，良好的接地装置是电网安全稳定运行的重要保证。只要我们在接地改造中能够认真地对设备运行环境条件、地理条件进行调查、分析，合理选择设计规划论证阶段接地材料和形式，制定选择科学合理的施工方案，在一定程度上对施工过程质量进行严格的管理，同时对输电线路进行精心的检查和周期性维护，只有这样才能长期保证输电线路保持良好的接地性能，提高设备防雷击能力，同时避免频繁的改造，节约维护费用，降低接地装置的维护工作量，从根本上防止发生电网雷害事故。

[1]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T 741-2001，架空送电线路运行规程[S].2001.

[2]中华人民共和国国家经济贸易委员会.110-500kV 架空送电线路设计技术规程[S].1999.

[3]孟遂民，李光辉.架空输电线路设计[M].中国三峡大学出版社，2000，10.