输电线路工程中杆塔接地电阻偏高原因分析及解决措施

李寿万

摘要：对高压架空输电线路杆塔接地电阻偏高的问题进行了探讨和分析，并提出了解决措施。
关键词：输电线路工程；杆塔接地；接地电阻；电力系统；降阻；防腐
Abstract: high voltage overhead transmission lines tower of grounding resistance on the high side of the problem was discussed and analyzed, and the solutions.
Keywords: transmission line engineering; Tower grounding; Grounding resistance; Electric power system; The resistance reduction; anticorrosive

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：
前言
高压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。迄今为止，国内外高压和超高压输电线路事故跳闸统计数字表明，由雷电引起者占30～50%。如：昆明地区线路跳闸事故35kV雷击跳闸占48%，110kV雷击跳闸占42%，220kV雷击跳闸占30%。美国500kV系统雷击跳闸占30%，161kV系统雷击跳闸占72%。我省500kV漫昆线雷击跳闸也占事故跳闸的大多数。而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。由于杆塔接地不良而发生的雷害事故所占线路故障率的比例相当高，这主要是由于雷击杆顶或避雷线时，雷电流通过杆塔接地装置入地，因接地电阻偏高，从而产生了较高的反击电压所致。这一点从以往的高压输电线路运行事故调查中可以得到证实，即易发生雷击故障的杆塔，大都接地电阻偏高。因此，高压架空输电线路的接地对电力系统的安全稳定运行至关重要，是电网供电可靠的一个重要课题。
这里对输电线路杆塔接地装置的设计及接地电阻偏高的原因进行了探讨和研究，并提出了降低输电线路杆塔接地电阻的措施。
2　输电线路杆塔接地电阻偏高的原因分析
输电线路的雷击跳闸率与输电线路杆塔接地电阻密切相关。输电线路杆塔接地电阻偏高的地段，往往是地形复杂、交通不便，土壤电阻率较高的地段。这些地方往往也是雷电活动强烈的地区。因而，研究杆塔接地电阻偏高的原因并采取有效的降阻措施是摆在我们面前亟待解决又非常艰难的任务。输电线路和杆塔接地电阻偏高的原因是多方面的，仔细归纳起来有以下几个方面的原因。
2.1　客观条件方面的原因
a．土壤电阻率偏高。特别是山区，由于土壤电阻率偏高，对杆塔的接地电阻影响较大。据调查，接地电阻超标的杆塔所处地段的土壤电阻率大都在2500Ω.m 以上，有的地段甚至高达8000Ω.m～10000Ω.m。
b．地形复杂、地质条件差，土层薄或根本没有土层。山区杆塔所在地段为岩石，如保山市腾冲县石头山至隆阳区王家山110kV输电线路工程中石头山一段的一些杆塔，所处地段基本上都是岩石（玄武岩），这就给接地装置的施工带来了极大的困难。
c．土壤干燥。在北方干旱地区、沙漠、戈壁滩，土层相当干燥，而大地导电基本上是靠离子导电，而可以离解的各类无机盐类只有在有水的情况下才能离解为导电的离子，干燥的土壤导电能力是非常差的，这是北方干旱地区、沙漠、戈壁滩杆塔接地电阻偏高的原因。
2.2　勘察设计方面的原因
在山区复杂地形的地段，由于土壤不均匀，土壤电阻率变化较大，这就需要对每基杆塔进行认真的勘察、测量。根据每基杆塔的地形、地势、地质情况，设计出切合实际的接地装置。因此，勘察设计人员的劳动强度是相当大的，于是一些勘察设计人员在设计杆塔接地装置时就容易出现如下问题：
a．不是到每基杆塔所在位置测量土壤电阻率及其分布，而是想当然地取一个平均值，这样，土壤电阻率的取值就与各基塔位现场实际出入较大。
b．不根据每基杆塔的地形、地势情况合理设计杆塔接地装置并计算其接地电阻，而是套用一些典型设计或现成的图纸。这样的设计往往与现场情况不符。现场很难按图施工。这样从设计上就留下了先天性的不足，造成一部分杆塔的接地电阻偏高。
2. 3　施工方面的问题
对于输电线路杆塔的接地来说，精心设计虽然重要，但严格施工更重要。因为输电线路要经过地区很广，往往需要经过地形复杂、交通不便的山川、河流。特别是位于玄武岩区的杆塔，水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难，而接地工程又属于隐蔽工程，如施工过程中不能实行全过程的技术监督，就会出现如下一些问题：
a．不按图施工。尤其是在施工困难的山区、岩石地区，偷工减料不按图施工的现象屡有发生，如水平接地体敷设长度不够，少打垂直接地极等。
b．接地体埋深不够。特别是山区、岩石地区，由于开挖困难，接地体的埋深往往不够，由于埋深不够会直接影响接地电阻值。再者，上层土壤容易干燥，受气候的影响也大，在北方冬季还会受冻土层的影响。另外由于上层土壤中含氧量高，对接地体的腐蚀也就较快。
c．回填土的问题。在GB 30169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》中要求用细土回填，并分层夯实，可在实际施工时往往很难做到，尤其是在岩石地段施工时，由于取土不便，往往采用开挖出的碎石回填，这样接地体就不能与周围土壤保持可靠的电接触，同时还会加快接地体的腐蚀速度。
d，采用化学降阻剂或木碳食盐降阻。采用化学降阻剂或木碳食盐降阻，会在短期内收到降阻效果，但这是不稳定的。因为化学降阻剂和食盐会随雨水而流失，并加速接地体的腐蚀，在以后的时间内接地电阻迅速反弹，并缩短接地装置的使用寿命，这已被大量的工程实践所证明。
2.4　运行维护方面的问题
有些杆塔的接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，杆塔接地电阻会变大，这除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题值得我们注意。
a．由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度是相当快的，如焊接头处因腐蚀断裂会造成一部分接地体脱离接地装置。
b．在山坡地带，因水土流失而使一些接地体离开土壤外露。
c．杆塔接地引下线与接地装置的连接螺丝因锈蚀而使回路电阻变大或形成电气上的开路。
d．杆塔接地引下线接地极被盗或受外力破坏。这些现象在过去也时有发生。
3 输电线路杆塔接地的一般要求
3.1关于杆塔的接地电阻，在GB_50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》中做了如下规定：
有地线的杆塔应接地，在雷季干燥时，每基杆塔不连地线的工频接地电阻不宜超过表1所规定数值。
表1　有避雷线的线路杆塔的工频接地电阻
土壤电阻率(Ω.m ) ≤100 100～ 150 500～ 1 000 1 000～ 2 000 > 2 000
工频接地电阻(Ω ) 10 15 20 25 30
注：如土壤电阻率超过2 000Ω.m，接地电阻很难降低到30Ω以下时，可采用6～ 8 根总长不超过500m 的放射形接地体或采用连续伸长接地体，接地电阻不受限制。
在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB_50545-2010中对杆塔接地电阻的要求是随着杆塔所在位置的土壤电阻率的升高而放宽的。这是考虑到投资与电网安全的综合关系。在雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段，应尽可能地降低杆塔接地电阻。
3.2 对杆塔接地装置的形式，在DL/TG21-1997《交流电气装置的接地》中作了一些具体的规定。表2中特别对放射形接地极的长度进行了限制。这主要考虑到线路杆塔接地是以防雷为主要目的，来降低冲击接地电阻的特征。
表2　杆塔放射形接地极每根的最大长度
土壤电阻率(Ω.m) ≤500 ≤1000 ≤2000 ≤5000
最大长度(m) 40 60 80 100
3.3 在GB 30169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》中还对接地装置的施工、验收提出了具体的要求。这些规定既考虑了线路的安全运行，特别是防止雷害事故的需要，又考虑了现场实际情况综合给出的，对杆塔接地装置的形状、形式、放射长度、连接、埋深都做了具体的规定和要求，是指导我们进行杆塔接地设计和施工的依据。
4　降低输电线路杆塔接地电阻的措施
要解决输电线路杆塔接地电阻偏高的问题，首先要对接地电阻偏高的原因进行认真的分析，到现场进行认真的勘察测量，进行严格的计算设计，制定出切合实际的降阻措施，一般来说要做好以下工作：
(1) 勘察测量，要对每基杆塔所在位置的地形、地势、地质情况进行准确勘察，测量杆塔四周的土壤电阻率及其分布情况，找出可以利用的地质结构。
(2) 调查线路经过地段的雷电活动情况和活动规律，决定所采取的防雷措施及其对杆塔接地电阻的要求。
(3) 调查线路杆塔经过地段土壤对钢接地体的年腐蚀和土壤的酸碱度。
(4) 计算电网最大运行方式下的接地短路电流，以及线路的使用寿命，校核接地装置的热稳定。
(5) 根据以上4 项内容进行计算，制定出切合实际的设计，并制定出切合实际的降阻措施和施工方案。
降低杆塔接地电阻的措施主要有：
①水平外延接地。如杆塔所在的地方有水平放设的地方。因为水平放设施工费用低，不但可以降低工频接地电阻，还可以有效地降低冲击接地电阻。
②深埋式接地极。如地下较深处的土壤电阻率较低，可用竖井式或深埋式接地极。在选择埋设地点时应注意以下几点：
a．选在地下水位较丰富及地下水位较高的地方。
b．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接地体的几何尺寸。
c．利用山岩的裂缝，插入接地极并灌入降阻剂。
d．铺设水下接地装置，如杆塔附近有水源，可以考虑利用这些水源在水底或岸边布置接地极，可以收到很好的效果。
(6) 精心施工。设计图纸和施工方案制定出后，就要到现场精心地组织施工。对水平接地体，垂直接地体的布置严格按设计要求布置，对各焊接头的质量，降阻剂的使用，回填土每一个环节严格把关，对接地引下线的各连接头要做防腐处理，对接地引下线直到与水平接地体连接处要刷沥清漆和防腐漆进行防腐处理。对整个施工过程实行全过程的质量监督。
(7) 加强运行维护。要针对杆塔接地装置运行中容易发生的问题，加强运行维护和巡视检查，及时进行缺陷处理。定期进行接地电阻和回路电阻测量，以保证输电线路杆塔的接地一直处于良好的状态。
5　结束语
输电线路杆塔的接地工程是一个系统工程。要从勘察设计入手，对施工过程进行严格把关，还要落实到运行维护上。对接地电阻的降阻措施，要根据现场实际，做认真的技术经济分析，从而找出切实可行的降阻措施，输电线路杆塔的接地降阻处理的主要目的是防雷，所以应以降低冲击接地电阻为主，那么所有的降阻措施都应围绕这个目的进行，不宜采用特长的外延接地和较深的深井接地。但可以结合现场地形用放射形接地，深埋接地体和采用适当的降阻剂的方法进行降阻。对具体的工程要做具体的技术经济分析，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。不应片面追求某一个指标，应该以保证电网安全稳定运行为准则。

参考文献：
[1] 　杨兰，汤放奇，李景禄，送电线路杆塔接地降阻措施。中国高等学校电力系统及其自动化专业第20届学术年会。2004(20)。
[2] 　 GB_50545-2010，110kV～750kV架空输电线路设计规范。
[3] 　 GB 30169-92，电气装置安装工程接地装置施工及验收规范。
[4] 　 DL/TG21-1997，交流电气装置的接地。