输电线路的接地技术研究

王 华

(国网四川省电力公司广元供电公司,四川 广元 628000)

0 引言

输电线路是电力系统中最重要的组成部分之一,其稳定运行直接关系到电力系统的安全与可靠性。接地技术是输电线路设计中的重要环节,其作用在于防止雷电等外部因素对输电线路造成损害,保障线路的运行稳定。本文探讨了输电线路接地技术的工作原理和实现方法,并通过实际案例的分析和实验数据的统计,提出未来接地技术的研究方向和需要解决的问题。

1 输电线路接地技术应用目的和作用

随着电力系统的不断发展,输电线路的安全性和稳定性已成为研究的热点问题,接地技术是保证输电线路安全运行的重要手段之一。在输电线路中使用接地技术的主要目的是保护输电线路设备和人员安全、保证设备稳定运行和社会经济稳定发展。

其作用主要体现在以下几个方面:第一,当输电线路遭遇雷击或其绝缘部分损坏时,电流可能无法正常传导,从而产生过电压和过电流现象,严重时可能导致线路烧毁甚至引发火灾。通过接地技术,可以将损坏部分的电流引入大地,避免对线路造成更大的损害,从而保证线路的正常运行。第二,当工作人员在输电线路上工作时,若人体意外接触带电的线路,接地技术可以将电流引入大地,降低接触点的电压,避免工作人员接触到高电压,从而保护人们的安全,避免电击事故的发生。第三,当输电线路设备出现故障时,接地技术可以及时将故障信息发送到控制中心,方便工作人员及时发现并处理故障,避免设备因故障而停机或损坏,提高设备的可靠性和稳定性。第四,当输电线路发生故障时,可能会导致大面积的停电和生产中断,给社会带来巨大的经济损失。通过接地技术,可以降低线路故障的概率,避免短路和火灾,保证了社会的正常秩序,从而提高整个社会的生产效率和生活质量。

2 输电线路的接地方式及工作原理

为了确保输电线路接地技术在关键时刻能发挥出应有的作用,这就要求运行维护人员在输电线路的各个工作环节中必须熟悉接地技术的接地原理、使用方法、使用范围,并根据实际情况选择合适的接地方式和材料。根据接地的目的和作用,接地可分为保护接地、防雷接地、工作接地、重复接地和优化接地设计5种方式。

2.1 保护接地

保护接地的主要目的是确保人身安全和设备正常运行。当输电线路出现故障时,保护接地能有效地将漏电电流引入大地,避免对人体和设备造成危害。保护接地的工作原理为降低接地电阻和形成等电位。保护接地通过降低接地电阻,使得泄漏的电流能够被更快速地引入大地,以此保护工作人员免受漏电电流的危害。此外,保护接地将设备外壳与大地相连,使得设备外壳的电位与大地电位相同,以防当工作人员接触设备外壳时受到电击的威胁。

2.2 防雷接地

防雷接地的作用是在雷雨天气中避免雷电袭击对输电线路的影响,其工作原理为引导雷电和快速泄流。防雷接地通过引导雷电,将其引入大地,从而避免雷电对输电线路的直接冲击。此外,避雷线能够分流,达到降低塔内电流的作用[1]。通过降低塔内电流从而避免雷电在输电线路中产生过高的电压,对设备造成损坏。

2.3 工作接地

工作接地的作用是保证电气设备正常运行和避免损坏,其工作原理为稳定设备电压和确保信号稳定。工作接地通过稳定设备电压,使得电气设备在运行过程中不会因电压波动而损坏。此外,工作接地还能确保电气设备的信号稳定传输,避免信号干扰和失真。

2.4 重复接地

重复接地的作用是降低设备故障率并提高安全性,其工作原理为分散电流和形成保护网络。重复接地通过将电流分散到不同的路径中,降低单个路径的电流负荷,从而降低设备故障率。此外,重复接地形成的多个接地点,可以形成一个保护网络,提高输电线路的安全性。当某个接地点发生故障时,其他接地点仍能保持正常工作,从而确保输电线路的稳定性。

2.5 优化接地设计

优化接地设计可以提高设备的稳定性并减少维护工作量,其工作原理为优化材料选择、合理布局、考虑环境因素、监测和维护。首先,选择合适的材料可以提升接地的效果,提高设备的稳定性。例如,选择导电性能良好的材料可以降低电阻,提高泄流效果。其次,通过合理布局接地点和面积,减少电流在输电线路中的损失,可以提高设备的效率。对于一个接地施工,当接地的土壤电阻率确定时,要想使整体的接地电阻变小,只能采取增大接地网面积的方法[2]。同时,合理的布局也能降低维护难度,减少工作量。此外,优化接地设计还需考虑环境因素,如土壤湿度、气候条件等。这些因素会对接地效果产生影响,因此,在设计过程中应予以考虑,以确保接地效果的稳定性。最后,优化接地设计还包括建立有效的监测和维护机制。通过定期检查和维护接地点,及时发现并解决潜在问题,确保设备的稳定运行。

3 接地系统的装接流程

在电力系统中,接地系统的设计和装接是一项非常重要的工作。不同接地方式的装接流程包括确定接地方式、测量土壤电阻率、设计接地系统、准备接地材料、挖埋接地极、连接导体和测量接地电阻等方面。在实际操作过程中,应根据实际情况选择合适的流程和方法,以保证接地系统的安全性和稳定性。同时,还需注意遵守相关规范和标准,确保操作的安全性和合法性。

3.1 确定接地方式

根据实际情况选择合适的接地方式是接地系统设计的前提。常见的接地方式有分散接地、集中接地和混合接地等。在确定接地方式时,应考虑电力系统的规模、运行要求、地理环境、气候条件等因素。

3.2 测量土壤电阻率

土壤电阻率是接地系统设计的重要参数之一。测量土壤电阻率可以了解土壤的导电性能,为设计接地系统提供依据。受湿度、土质成分影响,不同地方的土壤电阻率各不相同。如果架空输电线路所处区域当中的岩石较多,那么就会导致土壤电阻率上升,有时甚至在1 000 Ω·m以上[3]。常用的测量仪器有电位降法接地电阻测试仪和钳式接地电阻测试仪等。测量时应注意选择合适的测量位置和方法,以保证测量结果的准确性。

3.3 设计接地系统

根据土壤电阻率测量结果,设计合适的接地系统是接地系统装接的关键步骤。在设计过程中,需要考虑接地极的形状、尺寸、材料等方面以及埋设深度、防护措施等因素。同时,还需根据实际情况选择合适的连接方式,如焊接、压接等。接地系统设计规格如表1所示。

表1 接地系统设计规格

3.4 准备接地材料

准备接地材料是接地系统装接的必要步骤之一。在选择材料时,应考虑其热稳定、导电性能、耐腐蚀性等因素。在进行输电线路地线的材料选择前,首先,要考虑地线的设计安全系数大于导线的设计安全系数。其次,要考虑在+15 ℃、无风、无冰条件下,导线与地线在档距中央的间距应不小于0.012L+1 m,其中L为档距。保证导地线在档中有一定的安全距离,从而保证地线对导线的防雷保护角。此外,地线应满足热稳定的要求,当线路发生故障时,地线上会通过很大的短路电流,使地线温度急剧升高,很可能导致地线损坏。

常见地线类型有镀锌钢绞线、钢芯铝绞线、铝包钢绞线。镀锌钢绞线因为导电性能差,多用于以前的小线路,而110 kV及以上架空输电线路应用较少。钢芯铝绞线和铝包钢绞线使用起来差不多,但由于铝包钢绞线具有较好的防腐性能和过载能力,现在多采用铝包钢绞线。

在地线型号选择时,应参照地线所装设导线的大小来选择。根据电流规程,当导线型号为LGJ-185/30及以下时,地线截面在无冰区选35 mm2以上的,有冰区选50 mm2以上的;当导线型号为LGJ-185/45及以上、LGJ-400/35及以下的,地线截面在无冰区选50 mm2,有冰区选80 mm2;当导线型号为LGJ-400/50以上的,地线截面在无冰区选80 mm2,有冰区选100 mm2。

在加工材料时,应注意按照设计要求进行切割和加工,确保符合要求。同时,还需要对材料进行标记和编号,以便于后续安装和使用。

3.5 挖埋接地极

挖埋接地极是接地系统装接的重要环节之一。在选择合适的土壤时,应考虑其湿度、导电性能等因素。在确定挖埋深度时,应根据设计要求和土壤情况来确定。同时,还需做好防护措施,如添加保护管等,以防止对接地极的损坏。在挖掘过程中,应注意保持沟槽的平整和沟槽内无杂物。

3.6 连接导体

连接导体是接地系统装接的重要环节之一。在选择连接方式时,应考虑其导电性能、机械强度等因素。常见的连接方式有压接、焊接等。在压接过程中,应注意选择合适的压接管和压接压力,以保证连接牢固可靠。在焊接过程中,应注意焊接质量和焊接速度的控制,避免对接头造成损伤或影响导电性能。接地装置如图1所示。

图1 铁塔接地装置

3.7 测量接地电阻

土壤电阻率ρ取决于土壤中导电离子浓度和含水量,导电离子浓度和含水量越低,土壤电阻率越高[4]。通过测量接地电阻可以了解接地系统的导电性能和接地效果。常用的测量仪器有数字式接地电阻测试仪等。在测量时应注意选择合适的测量位置和方法,以保证测量结果的准确性。同时,还需对测量结果进行分析和处理,以便及时发现和解决问题。

4 接地系统应用实例及效果分析

通过上述对输电线路接地系统的探析,笔者通过案例分析的方式选取某地区一条500 kV输电线路作为研究对象,以此来确定接地系统实际的应用效果。该线路采用了架空地线、避雷针等接地技术措施。通过在系统调取该线路不同时间段内在采取接地技术前后的供电可靠性运行数据的统计和分析,发现采用接地技术后,该500 kV输电线路的供电可靠性得到了显著提高,稳定供电的时间占比逐年上升,其中第4年稳定供电时间占比达到了90%。这表明接地技术在提高电力系统供电可靠性和稳定性方面具有重要意义[5]。

5 结语

本文通过对输电线路接地技术的探讨和分析,发现该技术在保障输电线路安全稳定运行方面具有重要意义。通过对实际案例的分析和实验数据的统计,本文还发现采用接地技术后,供电可靠性和稳定性得到了显著提高。虽然当前输电线路接地技术已经取得了一定的成果,但仍存在一些问题需要进一步研究和解决,以推动输电线路接地技术的进一步发展。未来研究方向包括:研究更优的接地装置设计方法以提高接地效果;研究新型的接地材料以提高接地装置的耐腐蚀性和使用寿命;研究如何通过智能化手段实现对接地装置的远程监控和维护等。