输电线路接地电阻问题和降阻措施浅析

刘宇平

摘要：架空输电线路杆塔接地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耐雷水平，减少线路雷击跳闸率的主要措施。由于杆塔接地电阻高而产生的雷击闪络事故相当多。由于在大部分位于高原山区，工程地质条件复杂，多数杆塔的接地电阻过高，且锈蚀严重，造成线路耐雷水平低，经常发生雷电绕击、反击，使线路跳闸，进而影响电网的安全稳定运行。本文结合某高原山区220kV输电线路工程杆塔接地施工为例，论述了工程施工过程中接地电阻偏高的影响因素，经采用多种降阻方法，使之达到合格范围，对防止雷击跳闸、保证电网安全意义重大，以期为类似工程提供参考。

关键词：电力系统;输电线路;接地电阻;影响因素;降阻方法

1前言

随着我国超高压、特高压电网的快速发展，输电线路防雷接地的重要性日益突出，但是高土壤电阻率地区的接地问题多年来一直没有彻底解决。一方面，随着电力系统的发展，由雷击输电线路引起的事故时有发生，尤其在雷电活动频繁、土壤电阻率高和地形复杂的高原山区，雷击输电线路而引起的事故率更高。另一方面，随着电力系统容量的迅速增加，输电线路发生单相接地故障时的短路电流也越来越大，从而流经地线的短路电流也越来越大，为了满足地线热稳定的需要，就要采用单位长度电阻较小的地线，从而导致地线的截面过大。特别是随着OPGW复合光缆在电力系统中的广泛使用，这一问题越来越突出。特别是在我国西北地区，气候干燥，降水稀少，输电线路路径又大多选择在高寒山区，工程区出露基岩类型较多，而位于山区的送电线路，由于土壤电阻率高、地形、地势复杂，交通不便施工难度大，杆塔接地电阻普遍偏高。因此，如何有效地解决高原山区接地电阻超标的问题，降低高海拔山区复杂地形条件下输电线路接地电阻接地电阻是电网工程设计、施工、运行、验收共同面临的问题，降低杆塔接地装置的接地电阻具有非常重要的现实意义。

2 影响接地电阻的主要因素

2.1 地质条件因素

输电线路所处的地质条件对接地电阻影响较大，通过对不同地质条件下输电线路接地电阻大小的研究，主要表现在一下三个结论：①土壤电阻率和输电线路的杆塔接地电阻是正比例关系，所以土壤电阻率偏高是导致杆塔接地电阻超标的一个主要原因。②当输电线路处于地形复杂的山地地区时，个别杆塔所处的位置受到限制，其接地极的放射长度不达标，也是造成接地电阻超标的一个因素。③架空线路杆塔所处位置的土质结构如果变化比较大，也会影响到杆塔接地电阻的大小。

2.2 施工方面的原因 输电线路施工线长面广，各处土壤及地质环境又不尽相同，加上部分施工人员施工工艺水平参差不齐，并缺乏必要的监督，造成施工质量达不到设计要求的标准。①施工中最常见的问题是接地装置埋深不够，特别是在山区、岩石地区等开挖较困难的地段更是如此。接地体埋得越浅，在散流时靠近地面部分的电流线受地面的影响，不能直线伸展而呈曲线状，使电流线方向发生改变，即靠近地面部分的电流线密度加大，接地体不能充分散流，因而呈现的冲击接地电阻就越大;同时越靠近地表的土壤受气候的影响越容易干燥，土壤电阻率也越高，并且由于其含氧量也较高，对接地装置的腐蚀情况也较严重，这也会使冲击接地电阻偏高。②施工中接地回填土往往达不到设计的要求，尤其在岩石地段施工时，由于取土困难，部分施工人员直接用开挖出的碎石回填，回填后又未夯实，不仅加大了接地体和土壤间的接触电阻，而且经雨水冲刷后回填土会流失，甚至造成接地体裸露于地表。

2.3降阻剂的不当使用

降阻剂在滁州地区前几年使用较多，特别是一些山区和地下有岩石的地区，效果非常明显。设计、施工前应了解架空输电线路的接地情况，同时明确线路接地所要达到的目的，以确保能够根据工程实况选择合适的降阻剂。在实际工程中，有时在进行中没有对工况进行实地勘察，随意选用降阻剂，虽然在短期内能起到降阻作用，但是随着化学降阻剂随雨水流失，并加速接地体的腐蚀，尤其是在雨季，在长时间的使用过后接地电阻会迅速反弹，并缩短接地体的使用寿命。此外，因降阻剂大多具有比土壤高的腐蚀电位所以对所有的接地体都应均匀的包裹在降阻剂中间，不允许有脱节，或接地体外露的现象，因为这样会造成腐蚀电位差不同，引起电化学腐蚀，这已为大量的工程实践所证实。

2.4杆塔接地装置设计不合理

在高土壤电阻率的山区，有些杆塔接地装置的设计不合理，主要体现在：①接地装置的形式选用不恰当，接地体面积过小，设计中未对每基杆塔的现场地形、土质结构、射线敷设走向、长度等进行分析，未针对每一基杆塔出具有针对性的设计图纸，过于粗放的设计必然导致在实际施工中无法达到相应的设计要求。②所选用的接地体材料不耐腐蚀，各个接地极布置不合理、相互间的屏蔽作用较显著。③设计计算过于简化，未考虑裕度接地电阻设计时的计算过于简化，即没有进行精细设计计算，又没有考虑针对不同情况留取相应裕度，使得设计计算结果跟实际情况偏差较大。

3降低接地电阻的主要措施

3.1土质改良

通过改良土壤来降低土壤电阻率是较为常用的方法，主要是通过替换土壤和在土壤中加入工业盐水等化学物质来增加土壤导电性。但是这两种方法都存在一定的弊端，如前者的經济性较差，增加了运输和施工的成本，而后者的时效性较短，且会对接合现场地体的使用寿命及可靠性造成影响。在实际设计施工时要结情况进行选择。

3.2深埋接地极

采用深埋式接地极如果地下较深处的土壤电阻率较低，可以采用深埋式接地极，在选择埋设点时应注意：尽量选择地下水较丰富或地下水位较高的地方;杆塔附近如有金属矿体，可将接地体插入矿体上，利用矿体来延长或扩大人工接地体的几何尺寸;可利用山岩的裂缝，插入接地极并灌入降阻剂;在冻土区，接地体应埋在冻土层以下。

3.3科学设计

做好杆塔接地在架空输电线路中，杆塔自身的接地情况直接影响着线路整体的防雷性能，需要得到足够的重视。为了尽可能减少线路遭受雷击的概率，在对线路杆塔进行接地设计时，技术人员应该做好沿线环境以及气候条件的调查工作，分析雷电活动分布的区域以及雷击发生的频率，对输电线路杆塔进行合理布局和设置。不仅如此，还应该对杆塔所处区域的土壤电阻率进行测量分析，得到准确的数值，为杆塔的接地设计提供可靠的参考依据。

3.4使用接地模块

使用接地模块也是一种非常有效的降阻方法，采用非金属接地模块非金属接地模块近年来才开始用于输电线路杆塔接地装置中，它由导电性和稳定性较好的非金属材料和电解物质组成，模块内置金属极心与塔材相连接。相对于金属接地体来说非金属接地模块成倍地增大了接地极与土壤之间的接触面积，减小了接地极与土壤之间的接触电阻;同时非金属接地模块中电解质渗透到土壤中，也降低了接地体周围土壤的电阻率，改善了土壤的散流性能，从而降低散流电阻。非金属接地模块具有电阻率低、抗腐蚀、使用寿命长和安装方便等特点，特别适用于高土壤电阻率地区、或受地形限制普通接地体埋设不便的特殊地段。

4 工程案例

4.1工程概况

西藏某220kV该线路所经区域地形地貌主要以低中山地貌和山前洪积扇为主，局部为沼泽，沿线海拔在4500 - 5000m之间，地形起伏较大，气候干燥，植被相对较差。

沿线地层结构较为简单，沼泽和山前洪积扇、山麓斜坡堆积地貌地段主要岩性为全新世（ Qh）粉细砂、角砾组成，主要分布于沼泽、沟口、山前地带。由第四系粉细砂、砾砂和角砾等组成，局部上部存在淤泥质粘性土。高山地貌地段為基岩，主要岩性有变质片岩、砂岩、泥灰岩等组成。沿线地段均为季节性冻土，土壤标准冻结深度按2.Om考虑。经现场实测，土壤电阻率具有明显的分层现象，大部分区域土壤电阻率具有竖直分层现象：深层由于碎石土岩石影响，电阻率较表层明显增大，地下水埋深较浅的地方土壤电阻率比周围明显降低，整体而言，该区土壤电阻率普遍偏高，需考虑降阻设计。

4.2 接地装置型式选择及设计优化

1）在土壤电阻率D≤500Ω.m的地区，除利用铁塔的自然接地，应增设人工接地装置。在雷季干燥季节，接地电阻低于15Ω。

2）土壤电阻率500 Ω·m

3）对土壤电阻率较高或腐蚀性较强、运维困难地区，或山地等局部生态环境脆弱、植被恢复困难地区，建议结合塔位地形条件选择石墨基柔性复合接地体等射线长度短、施工作业面积小的接地装置型式，必要时接地体采用方框或方框加垂直接地体的方式，以减少土地扰动。对土壤电阻率特别高的塔位建议选用石墨基柔性复合接地体，配合石墨布降阻，以达到降阻效果，且施工后应按环保要求做好植被恢复，详见图4-4、4-5，离子接地极基坑开挖尺寸满足表4.1要求。

4.3接地装置部分施工注意事项

（1）接地装置施工要严格按照《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（ CB50169 - 2006）执行，接地装置采用镀锌网钢为主接地体。

（2）接地装置埋设深度一般平丘及耕种地区采用0.8m（且在耕作深度以下），山地0.6m，岩石地区0.3m，接地沟宽度0.4m。接地装置有特殊要求时按特殊要求执行。

（3）接地装置方框及射线尺寸可根据具体使用铁塔根开大小，适当进行调整，但接地钢材的总长度不得小于设计值。接地体边框与基础立柱的距离应不小于0.5m。

（4）在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时，在杆塔基础的放射接地体每根长度的1.5倍范围内有土壤电阻率较低的地带时，可采用外引接地措施。

（5）塔位附近有路、地下电缆、光缆、油气管线、地下管线、坟墓等障碍物时，接地装置射线需朝远离障碍物的方向敷设;

（6）在山坡等倾斜地形敷设水平接地体时，宜沿等高线开挖，接地沟地面应平整，深沟不得有负误差，并应清除影响接地体与土壤接触的杂物，以防止接地体受雨水冲刷外露，腐蚀生锈;水平接地体敷设应平直，以保证同土壤更好接触。

（7）铁塔接地装置与临近设施接地体接近时，为防止反击，两接地体的最近距离不宜小于5m。

（8）镀锌圆钢接地体、接地引下线均采用热镀锌φ12圆钢，接地引下用012网钢长度不够时，应根据现场实际情况用φ12圆钢加长。全部联接处均双面焊接，其搭焊长度不小于100mm。焊接处及周围被氧化部位采取防腐措施，涂二道锌黄底漆，二道沥青漆。接地线与杆塔的连接应接触良好可靠，并应便于打开测量接地电阻。

（9）安装接地模块时，模块周边用细土加水做铺垫或覆盖，厚度大于0.1m，再用7：3土石回填，夯实后浇水，使模块与土壤紧密接触;接地模块安装应采用水平敷设方式，模块间距参考接地图示意距离，无法满足时要求不小于5m。

（10）采用其他接地装置时，对基础露出高度超过1.5米的塔位，对应接地引下线采取固定措施。接地引下线固定预埋件安装时需可靠固定，且应安装平直。按风车布置，方向同接地孔。基础爬梯设置时，需避开接地引下线。

（11）验收时应保证实测电阻值乘以土壤季节系数后不大于允许的工频电阻值。当测量时土壤较干燥，季节系数取1.3，较潮湿则取1.6。

（12）接地安装须按照《国家电网公司输变电工程标准化工艺》的要求执行。

5 结语

输电线路杆塔接地降阻处理对电力系统的安全稳定运行非常重要，无论接地设计人员、施工、监理还是业主，在实际工程中都应以降低冲击接地电阻为目的，结合现场地形地貌、地层岩性、土壤电阻率特征和场地周边相关地质条件等情况，经过工程综合技术经济分析，经采用多种综合措施、因地制宜，选取符合当地实际的安全、可靠的降阻技术，把雷击造成的跳闸事故降到最低。以此做出切合实际的设计，并进行精心的施工，加强运行维护，才能收到理想的防雷效果。让输电线路更加坚强可靠，更好地为社会、经济服务。

参考文献

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