降低山区输电线路杆塔防雷接地电阻的方法之欧阳物创编.docx

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降低山区输电线路杆塔防雷接地电阻的方法之欧阳物创编

降低山区输电线路杆塔防雷接地电阻的方法

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物

       摘要降低杆塔接地装置的接地电阻是提高输变电线路耐雷水平的一项十分重要的措施．对于多石少土山区线路杆塔．用传统施工方法接地电阻很难达到要求，笔者根据多年施工经验，提出一种既经济适用又效果显著的降低山区输电线路杆塔防雷接地电阻的方法，与同行交流。

       关键词雷电接地电阻接地模块降阻剂

        1雷电危害与接地电阻

       在架空输电线路设计中，防雷设计是必须考虑的一个重要因素，随着电力系统的发展，雷击输电线路而引起的事故也日益增多，据资料介绍：

在我国高压输电线路的总跳闸次数中，由雷击引起的约占40％～70％，尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，造成巨大的经济损失。

        1．1雷电危害

        雷电主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度（25～30kV／cm）时所发生的剧烈放电现象。

通常雷击有三种形式：

直击雷、感应雷、球形雷。

习惯上常用年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度和年雷闪频数，来表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。

大量观测统计资料表明，一个地区的雷闪频数与雷暴日数成线性关系。

电力系统近年来由于雷害对系统运行产生的影响逐年增加。

我国一般按年平均雷暴日数将雷电活动区分为少雷区、中雷区、多雷区、强雷区。

我国的雷电活动，夏季最活跃，冬季最少。

全球分布是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。

        当雷电击中接闪器。

电流沿引下线向大地泄放时对地电位升高。

有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”。

雷电直击在输电线路上的避雷线，如果接地电阻过大，就会对线路造成损伤，断路或击穿瓷瓶造成短路跳闸。

从而造成停电事故。

高山杆塔不仅路途遥远，攀爬也很困难，更换一次设备非常困难，这给维护增加了许多难度，而跳闸率恰恰又是电力系统考核的一个重要指标。

由此可见接地系统在电力输变线路防雷中的重要性。

        1．2接地电阻

       输电线路杆塔接地装置通过杆塔或引下线与避雷线相连，其主要作用是将直击于输电线路的雷电流引入大地，以减少雷击引起的停电和人身伤亡事故。

无疑。

降低杆塔接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施。

对于杆塔接地装置。

它的冲击接地电阻值越低。

雷击,,-tan在绝缘子串上的电压就越低，发生反击闪络的几率就越小。

在冲击电流作用下，接地装置的冲击接地电阻一般低于工频接地电阻。

冲击接地电阻因土壤性质、冲击电流峰值及波形、接地装置的几何形状不同而相差很大。

因此常以工频电阻值作为接地设计的依据．同时考虑一定的降低裕度。

在输电线路设计中．如果工频接地电阻能达到1O一15n，设计上即被认为优良；在超高压输电线路中，多以不大于10n作为接地电阻的要求。

我国高压输电线路比较长。

途经地区的地理条件比较复杂，经常会遇到山上都是石头，或者多石少土的情况。

通常的施工方法很难达到要求，经常是花费了很大的人力、物力，接地电阻还是达不到要求。

有的接地电阻甚至高达几百n，导致在雷雨季节。

线路频遭雷击。

而山区大部分杆塔都建在高山上，又增加了遭受雷击的概率。

针对这种普遍存在的现象，笔者根据多年的施工经验，并潜tL,研究，摸索出一种既经济适用又效果明显的降低高山输电线路杆塔接地电阻的方法，现提出与大家共享。

       2常用接地方法分析

        电力系统通常采用放射法埋设钢筋来降低接地电阻．这种方法对于土壤条件较好的地方，或者泥土较多的地方还可以做到。

但是对于接地电阻率高的地区或者石头很多基本没有泥土的地方几乎没有效果。

我们知道，当水平接地体长度增大时，电感的影响随之增大，从而使冲击系数增大，当接地体达到一定长度后，再增加其长度，冲击接地电阻也不再下降。

笔者在施工现场就遇到过用摇表测不出接地电阻的情况，用4102表测到的电阻值在几百n。

原因就是对应接地电阻率在1000—2000n·m时水平接地体的长度应该在60—80m，而实际山上根本就没有这么长的地段是由泥土组成的，而钢筋埋在石头中根本无法发挥作用。

这也是这基杆塔经常因遭雷击而引起跳闸的原因。

        2．1特殊土质接地电阻分析

       根据现场实测总结主要有以下几种情况：

        a．土加石头覆盖层表面植被较好．但下层基本属于岩石层，接地电阻率很高。

       b．由于风化和人为措施造成的基本以碎石子为主体，泥土较少，表面看来植被较好，但由于泥土少石子间空隙较大。

接地电阻率非常高。

        c．表面看来大部分是泥土。

但由于土质坚硬沙土的颗粒较大，基本属于风化岩颗粒，造成本身接地电阻率极高，加水后可适度减低但是该种土壤保水性极差渗透快。

         d．铁塔建在岩石上，几乎没有土壤和其它粉末状介质，即使埋设了钢筋，由于与周围无法形成统一地网，不能建立起有效的沟通．造成接地电阻极大。

难于满足雷电释放的要求，从而引起跳闸。

上述四种情况带来以下几方面的问题：

        a．土壤的接地电阻率高，介质保水性不好，钢筋不能及时将雷电流有效泄放。

        b．土壤和接地体之间没有建立起有效的沟通，有效接触面积不足。

        c．水土流失严重，接地体腐蚀损坏严重。

很难长期保持稳定的接地电阻。

        2．2改善接地电阻的方法众所周知，接地网的电阻由以下几部分构成：

        a．接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。

        b．接地体本身的电阻，其阻值与接地体的几何尺寸和材质有关。

        c．接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值与土壤的性质、颗粒、含水量、土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。

        d．从接地体开始向远处（20m）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。

决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。

接地电阻虽由四部分构成，但起决定作用的是接地体接触电阻及散流电阻。

所以，本文从接地体的最佳埋设深度、不等长接地体技术，以及改善介质情况等多个方面来考虑降低接触电阻和散流电阻。

        2．2．1首先改变接地极材料

       采用哈尔滨恒电科技发展有限公司生产的优质非金属模块hd—ml（已申报实用新型专利）作接地主体材料，该模块尺寸为275mm×50mm（圆片形），质量5，室温下电阻率为0．0013n·m，埋设于地面下50—100cm的深度即可，模块间用镀锌扁钢连接。

hd—ml模块是采用500kg以上的压力制成，密度较大。

它的体电阻接近于铜，较之市场上常见的接地模块，接触电阻小几百倍以上。

牢固程度好，受压能力好，运输和使用过程中不易产生破损，理论使用寿命可以达到30年以上。

更主要的是模块间的连接距离在60—100cm之间，便于在小区域内施工，减少占用土地面积，造价相对便宜，经济性较好。

使用该接地模块既能最大限度地降低接地电阻，提高接地效率，又能保证接地体长期保持工作稳定，具有吸湿，保湿特性，经多次大电流冲击，阻值无增大，模块也无变硬、发脆、断裂现象，能经受一40℃的低温，北方高寒地区同样适用。

能减少地电位反击：

hd—ml系列接地模块的非金属材料使电阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化比较平缓的低电阻区域，当大电流冲击时，可降低接地体、接地线暂态电位梯度，降低跨步电压和接触电压，减少发生地电位反击的概率。

       2．2．2选用长效复合降阻剂

      参照武汉高压所提出的《接地降阻剂暂行技术条件》（1991年修改稿），降阻剂之所以能降低土壤接地电阻，主要有以下三方面的作用：

       a．降阻剂本身的电阻率应很低，一般都应小于5n·m。

把降阻剂包在接地体周围，同土壤的电阻率相比，降阻剂的电阻率一般要小两个数量级。

因此可忽略降阻剂的电阻，把降阻剂视为金属，这就相当于把接地体尺寸增大，达到降低接地电阻的目的。

       b．降阻剂的使用增大了接地体与土壤的接触面积，减少了接地体与土壤之间的接触电阻，且具有吸潮性，保持接地体附近土壤的潮湿性。

       e．在接地体周围使用固体降阻剂敷设时的糊状降阻剂浆液会在土壤一定范围内渗透，并向外扩散。

使渗透区间的土壤电阻率大大降低。

        目前降阻剂配方各异、质量参差不齐、价格特殊、用量不一，因此要慎重选择降阻剂。

在优先考虑产品质量和施工方便的前提下。

再考虑价格以及用量等问题，并着重考虑产品以下几方面的技术特性：

        a．降阻特性。

根据《接地降阻剂暂行技术条件》规定，室温（25℃±15℃）下降阻剂在工频小电流的电阻率应小于5n·m，对于电阻率在100n·m左右，甚至更高的地区来说，应要求降阻剂的电阻率接近ln·m，才能有效降低接地电阻。

通常采用降阻剂的电阻率比土壤电阻率小20倍以上。

        b．降阻剂的腐蚀性。

降阻剂的使用应对接地金属无腐蚀作用，最好是能保护金属不受腐蚀，《接地降阻剂暂行技术条件》规定，在实验室的试块中表面腐蚀率应不大于0．03mm／年，在埋地的金属腐蚀试验中表面平均腐蚀率应不大于0．05mm／年。

一般要求，降阻剂呈弱碱性，且降阻剂浆料在24小时内应能完全凝固。

从化学角度看，一方面，降阻剂呈弱碱性对接地电极有一定的保护作用；另一方面，降阻剂如不能凝固，不仅降阻剂会随地下水流失．浸泡在导电浆液中的电极也会加速腐蚀，相反凝固后的降阻剂将成为金属电极的固体保护层，隔离土壤中腐蚀液体的浸入。

        c．降阻剂的稳定性。

使用降阻剂后，希望接地电阻稳定，即降阻剂的性能不会随时间发生变化，降阻剂的导电物质不会随地下水流失，也就是说稳定性的好坏决定了降阻剂的寿命长短。

在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低与其周围大地介质之间接触电阻的作用，能在一定程度上降低接地极的接地电阻。

降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时，其降阻效果较为显著。

       笔者所采用的复合长效降阻剂（粉剂、水剂）是在吸取国内外多种降阻剂优点的基础上研发的一种新型复合降阻剂，经多次实践、改进，成为降阻剂的更新换代产品。

该降阻剂以高分子有机物与强电解质的无机物相混合，加入引发剂后，发生化学变化，生成固液共存状态的硬化树脂凝胶体。

不易溶解和流失，具有良好的导电性，且降阻效果能长期保持。

由于该产品具有像水一样的流动性，在施工浇注后，形成一个很强的密实体，产生较好的树根效应．有效地扩大了导体的等效直径与土壤的接触面积，更进一步降低了接地电阻。

降阻剂凝固后形成的凝胶体具有吸水性、保水性、渗透能力强、高导电性等特点，降阻效果明显、持久，使用初期阻值逐步下降，最后趋于稳定，可保持15年以上。

该降阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体与土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的面积承受电流能量；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。

凝固后的降阻剂（PH=9．7）结构紧密，对电极有防腐蚀保护作用。

通过降阻剂的渗透，进一步扩大模块和周围介质的有效接触区域，使电流能够通畅地泄放入地。

        2．2．3使用降阻剂形成放射通道扩大有效区域

       由于介质条件不好在地网周边区域可能根本就没有导电性，这就必须利用降阻剂的特性敷设放射通道来连接周围有土壤的区域，通过这种连接扩大地网的泄放通道，增大地网接触面积，并可跨越断层产生连续的地网网络。

就像我们所熟知的，许多山上经常只有小区域的地有泥土而且彼此不连贯，中间隔着的一般是岩石断层或者碎石断层．处理这种断层采用普通降阻剂是没法实现的，即使勉强做了也会由于雨水的冲刷而流失不能长久保持。

笔者所采用的降阻剂是将几种不同的矿物质在水中混合、溶解，然后加入引发剂，发生化学变化，生成固液共存状态的树脂凝胶体，不易溶解和流失，具有良好的导电性，且降阻效果能长期保持。

由于液体的流动性极好，能够最大限度地渗透到土壤和砂石间的缝隙之中，凝固后将山石之间的空间填实，将原本相互之间没有连接的岩石连接起来，增大泄流面积；同时通过降阻剂的作用，将原本分离的区域连接起来，形成较大的散流面积，更进一步降低了接地电阻。

在不同的地质条件下，其降阻率与常规方法相比可降低10～15倍。

通过降阻剂渗透到碎石缝中将碎石有机地结合起来形成一片有效区域．将断层变成低电阻率的导电区域有利于雷电流的泄放。

       2．3施工材料用量

        2．3．1接地模块用量

       根据多年使用接地模块建造地网的实践经验，总结出如下模块用量计算经验公式：

据此计算出模块的使用数量为15块，考虑到现场的特殊性和保险因素确定模块的使用量为16块。

        2．3．2降阻剂用量

        降阻剂的配套用量为每块接地模块对应一份，四块配一箱．每箱降阻剂的有效使用量为100kg，每份降阻剂可以完成4延长米的浇注，每箱可以实现15延长米的浇注连接，两箱降阻剂可以实现3O米延长区域的通道浇注敷设。

因此，降阻剂配套用量每基杆塔六箱就可以实现预计的接地效果。

        2．4施工方法

        a．深植层敷设。

首先在杆塔附近寻找到可以埋设模块的地形．挖出深度0．6～1m，宽度0．3m的深沟。

将降阻剂调好浇入沟底作第一次深植层，降阻剂渗入沟底下层构成树枝状延伸。

此时的降阻剂用量需要比较大，凝固时间相对较长一些，大约在30～60s之间，渗入深度在0．3～0．6m之间，以便于降阻剂能深层渗透形成良好的导电层。

       b．模块敷设与连接。

将接地模块全部浸湿充分吸水后埋入土中，采用竖直埋设的方法，将土回填到模块上部，留出金属连接头，将金属连接头和镀锌扁钢焊接之后连接到接地引线上。

       c．覆盖层及近区放电区域浇注。

调好快凝降阻剂，倒入沟中将扁钢和接头全部包裹起来，待降阻剂凝固后再回填土，将沟填满，最后调好缓释降阻剂，浇在回填土上及沟的两边，形成良好的导电泄放区，此时降阻剂的凝固时间是30s。

       d．延伸区降阻剂浇注。

调好缓释降阻剂．沿沟边2m距离下行浇注。

再选择1～2个通路，顺山坡下行浇注。

距离在15～30m，目的是将沿途的断层破解，通过降阻剂的沉积凝固，将沿途凌乱的分块含土区域连接成一个整体，以达到满足泄放．减少反击的作用。

        3结论

       综上所述．高压输电线杆塔接地改造，采用新型材料的接地模块替代传统接地极，采用长效复合降阻剂灌注法解决山地石头之间缝隙的连贯性问题，进而连接零散的小片土地。

并通过液态降阻剂的流动产生的树根效应来扩大地网的接触面积，达到降低地网接地电阻值。

效果非常显著．经过改造的地网阻值稳定持久。

既解决了雷击电流泄放的问题，又节约了维护费用。

笔者在现场的施工也证明了这一点．荔茂线57、58基用摇表原来测不到接地电阻，用4102测的结果是三百多Q。

经过施工改造，接地电阻降为8Q，一个月后测量结果是6．5Q，趋于稳定。

实践证明．该施工方法是一种经济实用的有效方法．值得推广。

时间：

2021.02.07

命题人：

欧阳物