接地模块在架空输电线路防雷改造中的应用.doc

1、1接地模块在架空输电线路防雷改造中的应用内容提要：使用接地模块降低接地电阻,是接地工程近几年最常用的办法,根据其土壤情况,安装适量的接地模块,即可达到降低接地电阻的要求,使用接地模块降阻,既能最大限度地降低接地电阻,又能保证接地体长期保持稳定。本文分析了接地模块的降阻原理和特点，并对接地模块在输电线路防雷改造中的应用进行了说明。 Content summary：The grounding module has being used to reduce grounding resistance in recent years, based on soil conditions, install

2、proper grounding module, can reduce the requirements ofground resistance. The use of grounding resistance reducing module, not only can maximally reduce grounding resistance of grounding body, and ensure long-term stability. This paper analyzes the grounding module of drag reduction principle and ch

3、aracteristics, and the grounding module on lightning protection of transmission line transformation are introduced. 关键字：防雷措施，接地电阻，接地模块，接地材料 中图分类号：TF806.4 文献标识码：A 文章编号： 引言 雷电对电力线路的影响非常大，据不完全统计，电力线路故障 80%由2于雷电雷击造成。 架空线雷害事故的形成通常要经历 4 个阶段：(1)输电线路受到雷电过电压的作用；(2)输电线路发生闪络；(3)输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压；(4)线路跳闸，供电中断

4、。 针对雷害事故形成的 4 个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到“四道防线” ，即：防直击，就是使输电线路不受雷直击，措施是沿线路装设避雷线；防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络，措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻；防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧，措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装避雷器等；防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应，措施是装设自动重合闸等。 接地电阻的组成 在经常采用的防雷措施中，最常用和最经济有效的就是降低线路的接地电阻。当杆塔形式、尺寸和绝缘子形式、数量确定后，影响线路反击耐雷水平的主要因素是杆塔接地电阻的阻值

5、。随着系统标称电压的提高，杆塔接地电阻的作用将变的更加重要。杆塔在遭受雷击之后,因为输电线路和避雷线路的波阻抗要显著大于杆塔的接地电阻,所以相当比例的雷电电流在经过杆塔而最终流入到地下,只有比较少的雷电电流会在避雷线路的引导下流向杆塔的附件。 接地电阻由四部分组成：（1）接地极的电阻；（2）接地引下线的电阻；（3）接地极与土壤之间的接触电阻；（4）接地极周围呈现电流区域内的流散电阻（土壤电阻） 。接地电阻不是指前 2 项接地体本身的金属电阻（其值太小，可忽略） ，而是指接地电流经接地体注入大地时，在3土壤中以电流场形式向远方扩散时所遇到的土壤电阻 目前降低接地电阻的方式方法有：垂直坑式接地和垂

6、直深井接地；水平射线接地和地网接地；复合均压接地网。以上三类形式的接地方式如果在土壤电阻率低的地区尚可达到接地要求，如果在土壤电阻率高的地区就很难达到设计要求，从现有的研究结果表明，接地装置的接地电阻基本上与所在地区的自然土壤电阻率成正比，而与装置在自然土壤中流散面积的 0.5 次方成反比，这就表明自然土壤电阻率对接地电阻的影响要比接地装置本身设计的影响要大得多。而自然表土的电阻率一般都较大，这就需要新型接地材料来辅佐常规接地达到设计要求的接地电阻。接地模块的作用 对于高土壤电阻率的地区的输电线路杆塔接地，通常采用的是深埋接地极、接地极外延、换土及增添化学降阻剂等措施，来解决和控制接地装置的接

7、地电阻达到设计要求，但在实际实施过程中往往会出现如下问题： （1）有些杆塔由于所处地势较高、砂石层较厚、地下水位偏低、土壤电阻率很高。采用深埋接地和将接地极向站外延伸增加接地面积的方法不理想。 （2）使用化学降阻剂带来的问题一是其具有时效性，数年失效后尚需要重新添加一定量的化学降阻剂，增加了日后的运行维护费用；二是化学降阻剂具有腐蚀性，对于金属接地装置氧化腐蚀严重，使其使用寿命大大缩减；三是化学降阻剂具有较强的污染扩散能力，不符合国家环保相关政策。 （3）在一些城市周边的杆塔虽然土壤电阻率并不太高，4但由于受地形限制，接地网的布置面积非常有限，且周边为居民区或重要的办公场所，打深接地极和将接地

8、极向外延伸的施工方法难度较大。 非金属接地模块是一种以非金属材料为主的接地体，将粉状降阻剂采用机械加压，凝固后具有规定形状尺寸、密实度高的定形降阻材料产品。其增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤之间的接触电阻，具有强吸湿保湿能力，使其周围附近的土壤电阻率降低，介电常数增大，层间接触电阻减小，耐腐蚀性增强，因而能获得较小的接地电阻和较长的使用寿命。非金属接地模块解决了金属接地体在酸性或碱性土壤中亲合力差、且易发生金属体表面锈蚀而使接地电阻变化，当土壤中有机物质过多时，容易形成金属体表面被油墨包裹的现象，导致导电性和泻流能力减弱的情况。 接地模块的降阻原理和特点：（1）接地模块的尺寸为5

9、00mmx400mmx60mm，接地模块与大地的接触面积较大(大约为 0.4m2)。（2）接地模块采用稳定的非金属导电材料作为模块的导电介质，其导电性不受季节影响。 （3）接地模块可很好地与各种类型的土壤、岩石形成良好的接触，达到降低接触电阻的效果。 （4）接地模块具有吸湿、保湿特性，接触电阻小并能保持长期稳定。 （5）接地模块内以石墨作为载体，加人离子缓释剂、保水剂、凝固剂等多种材料，可使其与土壤的接触面积成倍增加，从而降低土壤的散流电阻。 （6）离子的耗散可通向较远的土壤中，与土壤低电阻率区域相连：地下电阻率较低的土壤层、地下水层及金属矿物质层来改善散流。 （7）接地模块自身呈弱碱性(pH

10、 值约为10)，且含有防腐剂可使其理论寿命大于 30 年，远远大于镀锌钢材的使5用年限。 （8）接地模块经多次大电流冲击后，模块电阻值不增大，也不变硬、发脆，无断裂现象。 （9）接地模块方便埋设的特点，极大的减小了施工难度。 （10）其基本组成为非盐类，对环境的影响减小到最低。（11）其售价为几百元人民币，相对于使用年限综合考虑，则成本较低。根据地网土层的土壤电阻率，采用下式计算接地模块用量： 水平埋置，单个模块接地电阻： Rj =0.068（ab）-2 并联后总接地电阻：Rnj = Rj /n 式中：土壤电阻率（/m） a、b接地模块的长、宽（m） ； Rj单个模块接地电阻（） ； Rnj总

11、接地电阻（） ； n接地模块个数； 模块调整系数，一般取 0.60.9。 接地模块应用实例 安徽送变电工程公司负责运行的500kV 龙政线接地装置埋入地下已有 11 年时间，正式运行也有 9 年时间。自 2006 年以来，通过对该线路接地电阻普测，共有 132 基接地电阻超标。从统计结果来看，山区接地电阻超标比较严重，占超标电阻基数的 50%，这主要是因为山区土壤一般为岩石、碎石或片石等地质，土壤电阻率较高，一般在 1000-2000 欧米，当时埋设的接地装置主要是以加长射线和加降阻剂来降低杆6塔接地电阻，随着时间的推移，降阻剂活性失效，埋设在地下的接地射线没有镀锌，容易腐蚀或损坏，接地电阻就

12、会提高，不能满足运行需要。2008 年以来公司陆续开展接地电阻改造工作，并取得一定成效。但部分塔位土质为碎石、片石等，通过接地网改造难以降低接地电阻值，因此，公司对这 29 基杆塔接地网进行加装接地模块改造，最终于 2009年 5 月实施。 改造实施方案如下：（1）四条腿接地线有接地方框的，在每条腿接地方框中间埋设一个接地模块。没有接地方框的，现场增加接地方框，然后在接地方框中间埋设一个接地模块。 （2）在每条腿射线上埋设接地模块。接地模块之间的间距为 5 米，在埋设接地模块时，从铁塔塔基外侧 5 米开始埋设第一个接地模块，依次向外埋设。每基杆塔埋设接地模块的数量见表 1：龙政线接地装置加装接地模块信息表。 （3）接地模块采用水平铺设，在铺设点将原接地圆钢焊断，两侧搭接，焊接时接地圆钢在接地模块扁铁上方。焊接点要求三面焊接，模块扁铁与圆钢搭接点不少于 80mm。 （4）焊接点使用沥青基防腐。 通过在接地网中加装接地模块，29 基杆塔接地电阻值下降至设计值以下。 总结 在输电线路防雷改造过程中，在土壤电阻率较高、地质复杂、施工面积有限且接地电阻要求较高的地区应优先使用接地模块，以达到降低线路接地电阻的要求。 7参考文献： 【1】刘振亚.特高压交流输电系统外绝缘 【2】杜澍春.高压输电线路防雷保护的若干问题 【3】国家电网公司.输变电工程接地模块施工工艺导则