接地装置设计及改造技术.doc

1、1接地装置设计及改造技术李景禄长沙理工大学电气与信息工程学院长沙理工大学高电压技术研究所长沙电力通高技术开发有限公司2目 录一、 前言-3二、架空线路杆塔的接地装置-5三、发电厂、变电所的接地装置-21四、关于大中型接地网降阻措施的探讨-58五、关于接地工程中若干问题的研究-63六、关于接地降阻措施的研究-70七、关于接地降阻材料的评价-81八、送电线路杆塔接地降阻措施的探讨-89九、接地降阻剂应用及接地装置腐蚀的分析-96十、接地装置的腐蚀及防腐措施研究-105十一、接地网防腐工程中的阴极保护设计-112十二、特殊场所的接地设计和降阻措施研究-118十三、地电位干扰及抗干扰措施研究-124十

2、四、关于大中型接地网工频接地电阻测试的研究-133十五、110KV 平宝线杆塔接地改造及防雷效果分析-141十六、微波站接地及降阻措施研究-145十七、GPF-94 高效膨润土降阻防腐剂使 用 说 明 -153十八、GPF-94 高效膨润土降阻防腐剂的工程应用-164十九、山区水电站的接地设计与降阻措施探讨-169二十、发电厂、变电所弱电系统防雷保护研究- 174二十一、试验报告及工程应用证明-181二十二、电力通高公司简介-3一、 前 言随着电力系统的发展,接地短路电流愈来愈大,由于接地电流的增大,设备接触电压和跨步电压也越来越大,因而直接威胁到设备和人身的安全。由于接地短路电流的增大,接地

3、线和接地干线的热稳定也就愈来愈突出。特别是由于发电厂、变电所微机保护和综合自动化装置的大量投运,由接地短路电流所形成的地电位干扰问题也就越来越突出,由于地电位干扰所造成的微机保护“死机” 、误动而造成的事故和事故扩大的现象时有发生，从而造成了影响电力系安全运行。因而接地装置的运行和改造问题也就受到了电力系统的广泛重视。2002 年本人关于接地技术方面的第一本书实用电力接地技术由中国电力出版社出版以来,受到了广大电力系统工程技术人员和高校相关专业人员的欢迎。但本人在后续的接地实践中发现还有许多内容，特别是接地装置运行中存的一些问题,如: 地电位干扰,接地装置的腐蚀及防腐措施;接地改造的一些内容,

4、如:降低大中型接地电阻的措施,防腐措施，接地装置设计、改造中存在的问题，在原书中不够突出和详细;同时,电力系统中从事接地工程的一些工程技术人员和高校的一些研究人员也希望对接地装置的运行和改造的有关内容再整理成书。2005 年 5 月第二本专著接地装置运行与改造技术由中国水利、水电出版社出版,进一步的完善了这些方面的内容。本人从 1985 年起开始研究接地装置试验、运行和接地设计,后又从事接地产品开发、改造工作,从 1987 年起在全国范围内先后改造了300 多处发电厂、变电所的接地装置和输电线路杆塔接地装置。这里4即有成功的经验,也有失败的教训。特别是到高校从事教学和科研以来对电力系统接地从各

5、个方面进行了理论研究。比如对大中型接地装置的降阻研究、防腐研究、降阻材料的应用研究。把理论研究成果结合到实际的接地工和中,走与实践相结合的路子，也取得了一些成功和突破。这里也就是本人近年来在工程和科研上所发表的、或即将发表的论文,或相关接地运行和改造的材料,希望能对电力系统的接地工作有所帮助,并作为对自己两本专著的补充。作者2005-5-27 于长沙5一、架空线路杆塔的接地装置第一节 架空线路杆塔接地的意义及要求一、架空线路杆塔的意义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。由于杆塔接地电阻高而产生的雷击闪络事故相当多，

6、典型的有 500kV 天平、回输电线路。由于大部分位于山区、地质条件较差，许多杆塔的接地电阻不合格，有不少杆塔的接地电阻在 100 以上，造成线路耐雷水平低，经常发生雷电绕击、反击，使线路跳闸，影响了电网的安全稳定运行。经对线路杆塔接地进行了降阻高燥，使线路雷击跳闸率得到了有效的控制。又如，信阳 110kV 信李线，由于部分杆塔的接地电阻不合格，在 1992 年和 1993 年多次发生雷击跳闸事故。特别是 110kV 平宝线，因线路的部分杆塔要经过雷电流活动强烈的震雷山，杆塔的接地电阻又不合格，高的达 100以上，因而在 1995 年前，每年都要发生雷击跳闸，有的一年发生多次跳闸，1996 年

7、对接地电阻不合格的杆塔接地进行了改造，改造后的 5 年间没有发生一次雷击跳闸事故。因此可见，降低杆塔接地电阻，使之达到合格范围，对防止雷击跳闸，保证电网安全是非常重要的。二、架空线路杆塔接地的标准要求对架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准 DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 、L/T621-1997交流电气装置的接地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。1、 杆塔的接地电阻6（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 4-1 所列数值。雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障

8、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。表 1 有避雷线的线路杆塔接地电阻土壤电阻率（.m）100 100-500 500-1000 1000-2000 2000接地电阻（） 10 15 20 25 30注：如土壤电阻率超过 2000.m，接地电阻很难降低到 30 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（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

9、不超过 100.m 或有运行经验的地区，可不另设人工接地装置。需要说明的是，作为通用行业标准，对杆塔接地电阻的要求是比较宽松的。在多雷区，如是联络线路或重要线路，杆塔接地电阻最好能处理到 10 以下，因为只有这样才能提高线路的耐雷水平，有效地限制雷击跳闸率，从而保证电网的安全稳定运行。2、 杆塔接地型式L/T621-1997交流电气装置的接地的 6.3 条还对高压架空线路杆塔接地装置的型式做了具体的要求如下：（1）在土壤电阻率 100.m 的潮湿地区，可利用杆塔和钢筋混凝土杆自然接地对发电厂、变电站的进线路应另设雷电保护接地装置。在居民区，当自然接地电阻符合要求时，可以不设人工接地装置。（2）

10、在土壤电阻率 100.m2000.m 地区，可采用 6-8 根总长不超过 500m 的放射形接地级或连续伸长接地极。放射形接地极可采用长短结合的方式。接地极埋设深度不宜小于0.3m。（5）居民区和水田中的接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。（6）放射形接地极的最大长度，应符合表 4-2 的要求。表 2 杆塔放射形接地极每根的最大长度土壤电阻率（.m） 100 1000 2000 5000最大长度（m） 40 60 80 100（7）在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时，当在杆塔基础的放射形接地地极每根长度的 1.5 倍范围内有土壤电阻率较低的地带时，可部分采用引外接地或其他措施。（8）雷

11、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，架设避雷线，适用加强绝缘或架设耦合地线。（9）钢筋混凝土杆铁横担和钢筋混凝土横担线路的避雷线支架、导线横担与绝缘子固定部分或瓷横担固定部分之间，宜有可靠的电气连接并与接地引下线相连。主杆非预应力钢筋如上、下以用绑扎或焊接连成电气通路，则可兼作接地引下线。利用钢筋兼作接地引下线的钢筋混凝土电杆，其钢筋与接地螺母，铁横担间应有可靠的电气连接。（10）35kV 及以上线路互相交叉或与较低电压线路、通信线路交叉时，交叉档两端的钢筋混凝土或铁搭（上、下方线路共 4 基）不论有无避雷线，均应接地。第二节 架空线路杆塔接地电阻计算输电线路杆塔接

12、地主要是以防雷为主要目的，因而在架空线路杆塔接地装置的设计时就要考虑如何降低杆塔接地装置的冲击接地电阻，但在实际工程中仍以考核工频接地电阻为主，特殊地段，需要冲击接地电阻值时，用工频接地电阻乘以冲击系数 a，或通过冲击接地电阻的计算求得。8一、架空线路杆塔工频接地电阻计算（1）杆塔水平接地装置的工频接地电阻。可用式（1）或式（2）计算（1）)(ln12BhdLRgl （2）)6.0(l212Agl 式中 工频接地电阻，l土壤电阻率，.mL 水平接地体的长度，mh 水平接地体的埋伸，md1 水平接地体的直径，mA屏蔽系数B形状系数A、 B 的值，可由相关的表格查出。（2）单根垂直接地极的工频接地

13、电阻。其阻值 可用式（3）计算，当 ld 时，2gR（3）)18(ln22dRg式中 l垂直接地极的长度，md2 垂直接地极的直径，m（3）由垂直电极和和水平接地体构成的组合式接地体的接地电阻。它实际上往往采用由几根垂直接地极再用水平接地体连接起来组成杆塔的接地装置，这时，接地电阻可用式（4）计算（4）1n 2ggR式中 符合接地体的接地电阻，9 单根垂直接地体的接地电阻，2gRn 垂直接地极的根数水平接地极的接地电阻，1g 考虑到所有电极互相屏蔽后的利用系数，其值可由表 2-3 查出。（4）以水平接地极为主且边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻。在电阻率较高，或行人经常出入的地方，应采用

14、以水平接地极为主，且边缘闭合的复合接地装置，这时接地电阻可由式（4-5）计算（5）BhdSLBSRLaeeg 59(ln2)1(23.0.ln( 1001 ShB6.41式中 任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，gR等值（即等面积、等水平接地及总长度）方形接地网的接地电阻，eS 接地网的总面积，m 2d1水平接地极的直径或等效直径，mh 水平接地极的埋没深度，mL 水平接地极的总长度，mL0接地网的外缘边线总长度，m。（5）几种典型的以水平射线为主的杆塔接地装置的接地电阻计算。可用式（1）或式（2）计算。常用杆塔接地装置及参数见表 3，不同电阻率地区的线路典型接地装置见表 4。在设计架空线路杆塔

15、的接地装置时，应该注意到在接地体的总长度 L 相同时，屏蔽系数 A（或形状系数 B）愈大，则钢材间的相互屏蔽作用就愈明显，钢材的利用也就愈不充分，在第二章表 2-1 中的各种接地装置的形状由左到右，钢材的利用越来越差，故在条件允许的10情况下，应尽量采用形状系数小的接地装置。当接地装置的形状一定时，随着土壤电阻率 的变大，欲保持 R 不变，L 值的增大比 值上升得快。当土壤电阻率特别高，如在 4000.m 以上时，要使工频接地电阻达到30 以下较困难，可采用 6-8 条 80m 水平射线，或用 2 条连续伸长的方法来降低冲击电阻，也可以采用耦合地线或接地线，把若干基杆的接地连接起来，然后再寻找

16、土壤电阻率低的干基杆塔，在施工方便的条件下加强这几基杆塔的接地，把接地电阻降到 10 以下，这样即节省了费用，又起到了很好的防雷效果。因为对雷击塔顶或避雷线，若干基杆塔的连接线相对于雷电波的波阻抗较小，起到了很好的分流作用。同时，而连接线本身对雷电波的波头还起到了消波的作用。二、架空线路杆塔的自然接地实际上，除了人工接地体外，杆塔混凝土基础也有一定的自然接地作用，其自然接地电阻值 R2 可按表 4-5 估算，只有当 300.m 时才需要考虑自然接地的作用。因此，在设计线路接地装置时，在 300.m 的情况下，应考虑充分利用杆塔的自然接地。如杆塔的自然接地已符合要求，就不要用人工接地将其屏蔽起来，即使需要另设人工接地装置，也在考虑人工接地装置的形状和实际布局时，尽量减少对自然接地体的屏蔽。表 4 杆塔自然接地电阻 R2 估计值钢筋混凝土 铁 塔杆塔型式单杆 双杆 有 3-4 根拉线的单、双杆 单柱式 门 型R2 （） 0.3 0.2 0.1 0.1 0.06表 4-6 列出了当合理利用杆塔自然接地时所需扁钢或圆钢的总长度。三、架空线路杆塔接地的冲击接地电阻计算架空线路杆塔接地的主要目的是防雷保护，那么就不能不关心在雷电流作用下的冲击接地电阻。特别是在土壤电阻率高的山区，因雷电活动十分强烈，而工频接地电阻降低到合格