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线路杆塔接地装置问题分析与处理

2022-01-30 15:59:42

以下内容来源:《中国电业》·2020年第28期,信息转载,仅供参考!

摘要:架空输电线路杆塔接地装置的主要作用是防御雷电,降低杆塔接地电阻是提高杆塔耐雷水平、降低雷击跳闸率的重要途径。本文针对架空线路杆塔接地装置建设过程中存在的问题,提出具体解决措施。


01

引言


架空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。


02

架空线路杆塔接地的标准要求


架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准[1]中都提出了具体的要求,是设计、安装和改造架空线路杆塔接地的依据[2]。

1.杆塔的接地电阻

(1)有避雷线线路杆塔的接地电阻。有避雷线的线路,每基杆塔不连避雷线时的工频接地电阻,在雷季干燥时,不宜超过表1所列数值。

表1 有避雷线的线路杆塔接地电阻


土壤电阻率(Ω·m)

≦100

100~500

500~1000

1000~2000

≧2000

接地电阻(Ω)

10

15

20

25

30


注:如土壤电阻率超过2000Ω·m,接地电阻很难降低到30Ω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,其接地电阻不受限制。

雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段,应改善接地装置,适当提高绝缘水平或架设耦合地线。

(2)无避雷线线路杆塔的接地电阻。对于中雷区及多雷区35kV及66kV无避雷线线路,宜采用措施,减少雷击引起的多相线短路和两相异地接地引起的断线事故,钢筋混凝土杆和铁塔应充分利用自然接地作用,在土壤电阻率不超过100Ω·m或有运行经验的地区,可不另设人工接地装置。


03

降低接地装置工频接地电阻的常用方法


1.利用自然接地体降阻

在接地工程中,充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物以及上下金属管道等自然接地体,是减少接地电阻、节约钢材以及达到均衡电位接地的有效措施。

在利用自然接地体时,事先应做好规划,在施工时应对这些钢筋混凝土内的钢筋的连接,以及引出与人工接地网的连接都预先做好计划,施工时同步进行。在人工接地网的设计和施工时,为了充分利用自然接地体的降阻作用,应尽量减少人工接地体对自然接地体的屏蔽作用。

2.外引接地

在土壤电阻率高的地区,当距发电厂、变电站2000m以内有较低电阻率的土壤时,可敷设外引接地极。在低电阻率的地方铺设专门用于降阻的接地装置,然后用2~3根水平接地体与发电厂、变电站的人工地网可靠的连接起来,可以起到有效地降低工频接地电阻的作用。为不影响农民的耕作和接地体免遭破坏,外引接地装置和外引连接线,其埋深都要达到1.2m~1.5m以下。另外,外引接地装置和连接线的截面还要满足要求并做好防腐处理。如一处外引接地装置不能把接地电阻降到合格的范围,可根据现场实际情况设置3~4个外引接地装置。

利用外引接地需对发电厂、变电站周围进行认真的勘探、测量,测量出发电厂、变电站四周土壤电阻率沿水平方向上的分布,找出土壤电阻率较低和适合做引外接地的位置。

3.深井式接地

当地表土壤电阻率高,地下较深处有土壤电阻率较低的地质结构时,可采用井式或深钻式接地。把平面地网做成立体地网,利用下层低电阻率的地层来降阻。

当采用深井式接地时,应测量接地装置及其四周的土壤电阻率,并进行垂直方向上的土壤电阻率分层,找出垂直方向上的低电阻土层,

4.扩网及设置水下地网

如果条件许可的话,扩大接地网面积和设置水下、水底、岸边地网是降低电阻最有效,也是最常用的方法。在实际接地工程中,往往会遇到没有可直接利用的地形扩大接地网,这时要根据现场实际情况,采用扩网和水平外延相结合的方法。

当变电站附近有池塘、水库、河流、小溪等,这时可以充分利用这些水资源来建立水下、水底、岸边地网。对于中小型池塘来说,可在枯水时把塘泥挖开,在塘底铺设水底地网,对溪流、小河,可沿着河岸设置水平接地体

5.换土及降阻剂的使用[3]

在土壤电阻率高的地区进行换土,是普遍采用的有效办法。接地设计采用换土,在土层厚度不能满足要求的地方,沿水平接地体挖接地槽,深度为lm,垂直接地极坑深度3m,底部直径lm,施工时在接地槽和接地坑内先铺设20cm厚的粘土并夯实,再放入接地体,回填土层层夯实。

土壤电阻率较高时,可以采用降阻剂进行降阻。降阻剂的主要作用是减小接地体与土壤的接触电阻和降低周围土壤的电阻率。在高土壤电阻率的地区,使用降阻剂的例子很多,大多数是和换土措施同时使用。需要注意的是:降阻剂的作用和施工工艺有很大关系,例如施工中降阻剂施加不均匀、回填土埋深不满足要求时均会影响降阻剂的降阻效果,而目还会对接地体产生腐蚀。

6.使用电解离子接地系统

电解离子接地系统是近年出现的一种降低变电站地网接地电阻的方法。该方法采用在变电站区内埋设多个接地铜棒,铜棒通过接地扁钢与主地网相连,铜棒内装设有化学药剂,在雨水的作用下化学药剂分解到土壤中。形成一个接地棒深入大地,起到深埋接地降阻的效果。

7.送电线路杆塔接地降阻

送电线路杆塔接地的主要作用是防雷,而雷电流属于高频电流,有很强的集肤性,在地中的流动也只是沿地表散流,深层土壤并不起作用。因而送电线路杆塔接地应以水平射线结合降阻剂降阻的方法进行降阻改造。


04

架空线路杆塔接地装置建设过程中存在的问题


按照架空线路杆塔接地标准进行设计,杆塔的接地装置一般都能符合要求。但为什么有的杆塔经常发生雷击,使线路跳闸,影响电网的安全稳定运行呢?这除了与以上标准是通用行业标准,对杆塔的接地电阻要求比较宽松外,还有以下几个方面的原因:

1.土壤电阻率数据不准确

由于勘测力量不够,未对每基杆塔的土壤电阻率进行实地测量或只测量少数几基杆塔的土壤电阻率作为代表。设计人员只能根据经验进行设计,从而出现两种情况:

(1)土壤电阻率估计过低,这必然导致接地装置的接地电阻达不到要求;

(2)土壤电阻率估计过高,这将使接地装置设计超标,接地电阻是达到要求了,但造成费用的浪费,工期的延长。

2.粗框式设计

线路杆塔一般都较多,穿越地段的地质、地势及气象条件、雷电活动规律都不同。而线路在防雷措施上往往是整条线路都一样,没有对特殊的地段采用特殊的防雷措施,很难达到理想的雷电防御效果。

3.未按要求施工

架空线路杆塔的接地装置,除设计外施工这一环节也十分重要。架空线路要经过山川河流、地形往往十分复杂、交通不便利,施工难度较大。而接地工程又属于隐蔽工程,在工程完工后不便于检查。


05

杆塔接地装置存在问题的解决措施


1.保证土壤电阻率数据准确。土壤电阻率是接地工程的重要参数,在设计和计算接地装置时,首先应测量每基杆塔的土壤电阻率,掌握土壤电阻率在地面水平方向的变化以及垂直方向的变化规律,得到理想的设计结果。

2.作精细化设计。对于频繁发生雷击事故的杆塔进行调查研究,在接地降阻改造时要根据具体的地形、地势和土壤电阻率,做特殊的设计,充分利用杆塔所在处的地形,采用切实可行的降阻措施[4]。具体做好以下工作:

(1)做好地质、地势的调查,找出杆塔接地电阻超标的原因,查看杆塔所处的位置是何种地形,并实地勘测土层的情况和土质情况。

(2)测试杆塔周围的土壤电阻率,看四周是否有土壤电阻率低的地方可以利用,再测试不同深度的土壤电阻率,看地下有无可以利用的低电阻率地层。

3.做好施工质量控制。架空线路的杆塔接地工程的施工,除了要按设计图纸施工外,还要制订便于操作的施工方案,由工程技术人员和工程质量监督人员对每道施工工序进行全过程的监督,认真把好工程质量关。对于杆塔接地装置的施工,应按如下步骤进行。

(1)按图放线定位。应严格的按图放线定位,特别是水平接地体和垂直接地体的定位。

(2)按图施工。

(3)做好接地体的回填。接地体埋深浅,没有用细土回填,将导致接地体与周围土壤的接触电阻大。特别是有些岩石地带,接地体的埋深不足30cm,大多用碎石回填,有的地段水平接地体裸露在地面,不能与大地可靠接触且又容易发生腐蚀,这样会使接地电阻进一步增大。

(4)全部施工完毕后,经过一定时间再进行接地电阻的测量,看是否达到设计要求。


06

结论


架空输电线路杆塔受山区复杂地形的影响,雷电活动也高于平原地区,雷电活动频繁发生,容易造成输电线路跳闸,绝缘子爆炸、断线等事故,因此做好线路杆塔接地处理显得尤为重要。


07

参考文献


[1]DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,中国电力出版社.

[2]DL/T621-1997《交流电气装置的接地》,中国电力出版社.

[3]110kV变电站人工接地装置的设计研究,建筑电气

[4]《接地装置的运行玉改造》,中国水利水电出版社.


作者简介:贺灿花(1982-05-10),女,汉族,江西人,硕士,工程师,主要从事气象防雷工作。



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