试论山区35KV输电线路杆塔接地降阻之方法
摘要输电线路杆塔的接地网对输电线路的防雷至关重要,特别是对山区35KV输电线路的耐雷水平影响较大。
我县是典型的农村电网,电压等级低,35KV 输电线路是电网的主要支撑,由于线路地处山区、土壤电阻率高、地形、地势复杂,交通不便,施工难度大,杆塔接地电阻普通偏高。
经过对运行数据资料仔细分析,发现雷击事故的杆塔都是接地电阻偏高的杆塔,具体讨论山区35KV输电线路杆塔接地降阻的方法。
关键词35KV输电线路;接地;降阻
1 雷击事故的原因
输电线路上出现的雷击过电压有两种情况,一种是直击雷过电压,另一种是感应过电压。
直击雷过电压又分为三种情况:一是雷击杆塔顶部,引起的过电压又称为反击;二是雷击档距中央的避雷线,引起的过电压;三是雷绕击避雷线击于导线引起的过电压又称为绕击。
对我县35KV输电线路雷击事故统计分析、研究发现,经常发生雷击事故的线路段,一般都是若干基杆塔接地电阻连续偏高,或有大跨越、大档距存在。
这是因为在这些地段一旦杆塔遭受雷击相邻杆塔不能有效分流,而被雷击杆塔流过大部分的雷电流,由于接地电阻较高造成了较多的塔顶电位,一旦绝缘子串两端的电位差大于绝缘子中的50%。
当冲击放电电压时,绝缘子发生击穿(反击),从而导致输电线路雷击事故发生。
2 山区35KV输电线路杆塔接地电阻偏高的原因分析
山区35KV输电线路的雷击事故与线路杆塔接地电阻密切相关,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,分析杆塔接地电阻值偏高的原因,并采取有效的降阻方法是当务之急。
输电线路和杆塔接地电阻偏高的原因是多方面的,归纳起来主要有以下几个方面的原因:
2.1 客观条件方面的原因
1)土壤电阻率偏高。
我县地处山区,由于土壤电阻率偏高,对杆塔的接地电阻影响较大,据现场仪器测试,有部分山区的土壤电阻率甚至高达5000-10000Ωm。
2)地形复杂、地质条件差,土层较薄或根本没有土壤,部分山区杆塔所在的地段基本上全为岩石,交通不便,接地施工难度大。
2.2 设计方面的原因
我县山区由于地形复杂,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探、测量,并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,因此勘探设计人员的劳动强度是相当大的,于是一些勘探设计人员在设计杆塔接地装置时,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,造成土壤电阻率的取值就与现场实际出入较大。
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,而是套用一些现成的图纸或典型设计,结果的设计往往与现场情况不符,造成一部分杆塔的接地电阻偏高。
2.3 施工方面的原因
在施工时由于接地工程是属于隐蔽工程,施工监理人员也存在着不到位的现象,不能严格的按图施工,如接地体的长度,埋深及焊接和回填土不符要求的存在较为普遍。
造成线路施工后,存在有大量杆塔接地电阻超标。
如在工程验收时不严格逐一每基杆塔进行测试,会使这些隐患一直得不到消除,直到线路投运。
2.4 运行维护方面的原因
有些杆塔在初建成时是合格的,但是经过一定的运行周期后,杆塔接地电阻会变大,这除了前面介绍的由于施工时遗留下来的隐患外,以下一些问题值得我们注意:
1)接地体的腐蚀,特别是在山区酸性土壤中,或风化后土壤中,最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀,最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处,由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。
有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。
还有就是接地体的埋深不够,或用碎石、砂子回填,土壤中含氧量高,使接地体容易发生吸氧腐蚀,由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大,甚至使接地体在焊接头处断裂,导致杆塔接地电阻变大,或失去接地。
2)在山坡坡带,由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露,失去与大地的接触。
3)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。
4)外力破坏,杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。
5)在施工时使用化学降阻剂,或性能不稳定的降阻剂,随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。
3 关于降阻措施的探讨
对于接地电阻超标的杆塔进行降阻改造是提高线路耐雷水平保证线路安全运行的重要措施。
但对输电线路来说,由于降阻主要是出于防雷的需要,所以对降
阻措施又有明确的要求,即以降低杆塔冲接接地电阻为主要目的。
所以对杆塔降阻措施应考虑以下几方面的问题:
3.1 现场勘探设计
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探测量,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)勘探测量,要对每基杆塔所在位置的地形、地势、地质情况进行准确勘探,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)调查线路杆塔经过地段土壤对钢接地体的年腐蚀和土壤的酸碱度。
3)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。
4)根据实际情况,采取以下多种降阻方案:①关于水平接地体的使用。
对于水平接地体应根据现场的地形、地势、沿杆塔四周向外放射水平射线为主,要充分利和现场地形和地质,比如山岩裂缝等结合使用降阻剂进行降阻处理。
为防止雨水冲刷,水平接地体能沿等高线布置的要尽量的沿等高线布置,并结合防水墙进行防护,水平接地体的埋深要尽可能的达到0.8m以下。
水平接地体施工费用低,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关于垂直接地体的使用。
垂直接地体是线路杆塔接地的常用措施,但位于山区的线路由于石头多,特别是位于岩石地带的杆塔,垂直接地极的施工是不容易的,这时可结合岩石裂缝使用垂直接地极。
在地下有金属矿,或地下有低电阻率的地质结构时可采用竖井式接地降阻法。
但如地下没有较低电阻率的地质结构时,再使用竖井法降阻是不经济的。
再说雷电流属于高频电流具有很强的趋肤性。
雷电流一般沿表层土壤散流,深层土壤并不散流。
所以在一般的地质结构使用深井式接地极,对降低冲击接地电阻效果并不大。
所以对杆塔接地的接地体应以水平接地体为主,以垂直接地体为辅,垂直接地体的长度以 1.5-2m为宜,一般设置在水平接地体的顶点,或水平接地体中间容易打入的位置。
③关于接地模块的使用。
接地模块就是用低电阻率的材料做成模块同接地体连接后埋入大地中,其作用就是扩大接地体与土壤的有效接触截面积。
目前常用的是采用优质非金属模块作接地主体材料,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;该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。
④关于降阻剂的使用。
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,目前常用的复合长效降阻剂,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,具有良好的导电性,且降阻效果能长期保持,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。
无论什么型号的降阻剂的降阻效果都是通过设计和施工体现出来的,设计时应根据具体的工程要求和土壤电阻率进行计算。
降阻剂及水平接地体埋深最好能达到0.6m以下,回填土要用细土回填,并分层夯实,不可用砂子和碎石回填。
⑤关于导电水泥的使用。
导电水泥是由多种主导剂、添加剂、防腐剂和固化剂,经过科学配方,严格的理化性能及电性能试验研制而成。
导电水泥既具有水泥的性质,能满足输电线路杆塔等基础结构的强度要求,同时又具有导电的性能,可降低杆塔接地体接地电阻。
因此导电水泥的降阻率高、防腐能力强、使用寿命长、性能稳定、无毒、无环境污染、施工简便、用量少等优点,另外还可用于接地体的防盗。
水平埋设接地体时,按之前设计好的形状和尺寸挖好地沟,将接地体放入坑内,然后再将导电水泥与水按1:1比例拌匀成糊状倒入沟内,待导电水泥表面固化后,用细土回填,并层层夯实,如遇坚硬岩石,接地体的埋设深度可酌情减小;垂直埋设接地体时,按事先设计好的图纸中的尺寸打孔,然后将接地体插入孔中央,再将导电水泥加水搅拌成浆状倒入孔中,若采用深井接地建议用压力灌浆的方法将导电水泥浆注入井中,以取得更好的降阻效果,待导电水泥固化后,便可用土回填夯实。
3.2 精心施工
设计图纸和施工方案制定出台后,就要到现场精心地组织施工。
因接地工程属于隐蔽工程,所以在该工程中要对每一个环节进行全过程的认真的技术监督。
对新建杆塔最好在杆塔基础和拉线基础施工时坑底,铺设接地体和降阻剂进行降阻,这样可收到事半功倍的效果。
对改造降阻工程要结合现场有利地质、地势做切合现场实际的设计,按要求进行水平接地和垂直接地体的施工。
要特别注意水平接地体的埋深,焊接要合格。
回填土要用细土回填,并分层夯实,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。
3.3 加强运行维护
对杆塔的接地装置要定期进行维护和检查,比如定期对接地引下线进行防腐处理,定期测试杆塔接地电阻和回路电阻,定期检查接地体有无冲刷和外力破坏等。
4 结束语
山区35KV输电线路杆塔的接地降阻处理因主要目的是防雷,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接地模块、降阻剂、导电水泥等方法进行降阻。
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。
参考文献
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[2]杨兰,汤放奇,李景禄.送电线路杆塔接地降阻措施的探讨.2004年中国高等学校电力系统及其自动化专业第20届学术年会.。
