浅议输电线路杆塔接地设计

　　摘要：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。对输电线路的雷击跳闸率进行的冲击分析表明，山区多雷区的输电线路频频发生雷击跳闸故障，测量雷击故障所在杆塔的接地电阻大部分都偏大。进一步检测分析，杆塔接地装置均不同程度地存在一些缺陷，而原因或是设计不尽合理、或是施工不严格规范、或是运行环境恶劣、或是运行维护不及时。利用各自优点而改进的接地电阻测量新方法，并提出了几种理接地电阻超标值的方法。送电线路杆塔必须可靠接地，以确保雷电流泄入大地，保护线路绝缘。为提高耐雷水平，保护设备绝缘和避免跨步电压产生的人身伤害，就一定要降低杆塔的接地电阻。
　　关键词：输电线路杆塔接地设计
　　一、引言
　　输电线路杆塔接地装置是输电线路的重要组成部分,是接地体和接地引下线的总称,接地电阻是指接地体散流电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和。其作用是确保雷电流可靠泄入大地,保护线路设备绝缘,减少线路雷击跳闸率,提高运行可靠性和避免跨步电压产生的人身伤害。对输电线路杆塔接地装置进行规范管理和维护,确保接地装置完整性是降低输电线路雷击跳闸率的有效措施,降低接地装置接地电阻是提高线路耐雷水平的主要措施。
　　输电线路杆塔接地装置是输电线路的重要组成部分,是输电线路防雷的主要措施,其设计、施工及运行维护的好坏直接关系到输电线路杆塔耐雷水平的高低和输电线路的安全稳定运行,为此需要对杆塔接地装置的设计、施工和竣工验收开展全过程、全方位的技术监督,同时要加强运行维护管理,对存在缺陷或不合格的接地装置及时进行改造处理,直至满足相关要求。输电线路杆塔接地装置改造推荐采用增加垂直接地体、加长接地带、改变接地形式、换土或采用接地新技术(如接地模块、阴极保护阳极接地)等措施进行,原则上不使用化学降阻剂。对混凝土杆存在导通接触不良的情况,推荐采用混凝土杆外引接地,即利用一定截面的扁钢从架空地线悬挂点引至接地体进行接地。
　　二、我国输电线路杆塔接地情况：
　　输电线路是电力系统的大动脉，它将巨大的电能输送到四面八方，是连接各个变电站、个重要用户的纽带。输电线路的安全运行，直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此，输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位，是实现“强电强网”的需要，也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。
　　1、我国架空输电线路地基基础工程现状
　　我国幅员辽阔，各个地区的地质条件相差很大，所采用的输电线路基础形式也较为多样。
　　其中西北地区主要为黄土地基，也存在部分沙漠及岩石地基。黄土地基使用的基础形式主要有刚性台阶式基础和插入式基础，部分软弱地基则主要采用钻孔灌注桩。西北地区黄土具有湿陷性，常采用二灰换添法，石灰和素土的比例一般采用2:8或3:7，对重点塔位的地基重点处理。沙漠地区地基抗剪强度低，比普通基础要多埋深1米。山区的岩石地基使用的基础形式主要有掏挖式基础等。在西北地区，出现倒塔一般不是基础原因，主要是有外界因素的作用，如滑坡、流沙、河流冲刷等。
　　东北地区和新疆北部多为冻土地基，使用的基础形式主要是插入式基础和掏挖式基础。同时，在东北的部分地区和新疆的南部也存在永冻土和岩石地基，使用的基础形式主要是斜插式基础。
　　我国华北地区的石家庄以北、北京地区、和内蒙古地区的土质条件较好，天津地区有软土地基，土质条件较差。各地使用的基础形式主要有：嵌固式基础、锚杆式基础、插入式基础和掏挖式基础，同时还有灌注桩、挖孔桩、扩底桩等。
　　我国华东地区河网密布，主要是软弱地基。在进行输变电杆塔建造时，有的对地基先进行处理，然后再建造杆塔基础。在这一地区采用的基础形式有：灌注桩、大板式基础、螺旋锚式基础、挤密碎石桩和挤密砂桩。螺旋锚用钢量大，机具复杂。灌注桩造价高昂，且质量不易控制。
　　2输电线路杆塔的接地电阻是否可测：
　　接地和接地电阻是多学科专业技术的基础，百年来为工业、生产、生活及科研的实践所证实，须臾不可离。提出接地电阻应予废弃无疑与世界百年工业史相悖。物理学作为一门基础学科应服务于各项专业技术，特别是电力和防雷技术，这种服务应建立在理论与实践相结合的基础之上。理论脱离实践，或者理论工作者不从事实践，不仅理论没有发展前途，有时还会闹出低级笑话来。接地电阻的难测不能说成不可测，并以接地电阻的不可测和高压静电表演为据提出“废弃接地电阻”。
　　3、接地电阻与避雷线之间有着密不可分的联系：
　　架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：①分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；②通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；③对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
　　通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。
　　为了起到保护作用，避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上，正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗，同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道，可将避雷线经过一个小间隙对地(杆塔)绝缘起来。雷击时，间隙被击穿，使避雷线接地。
　　在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。
　　4、杆塔的接地形式同杆塔所处土质是否有关：
　　（1）一般输电线路所经地区的地形、地质条件差异较大，设计和施工要考虑的边界条件较多，加之科研条件和研究经费的制约，在输电线路杆塔基础方面的科研工作较薄弱，科研成果较少，技术储备不足。
　　（2）对地基基础问题国内外专家和学者已做了大量的研究工作，取得了许多有价值的成果，但大多数都把注意力集中在某些结构（如建筑物、桥梁等）的基础上，这些研究成果由于下列原因而限制了它们在电力线路上使用：
　　①抗拔荷载经常是各种输电线路杆塔基础设计的控制条件，而对建筑物和桥梁来说上拔力却是次要的。
　　②输电线路杆塔基础所在的土质勘测，无论在精确性还是在详细程度上，都无法与建筑物和桥梁相比。
　　③一条线路上可能使用许多基本相同的杆塔，但它们的基础则因土质不同而不同。
　　④线路杆塔常位于无人居住之处，而且除了施工、检修和维护外并不危及人们的生命安全。
　　这些不同导致电力工业的杆塔基础有其独特的分析、设计方法，这些内容在一般的基础书籍中是难以找到的，例如：一般的基础工程教科书对基础上拔问题仅附带提一下，对钢框结构的基础很少涉及。这样就导致在输电线路基础方面受过专门训练的国内人才偏少，专门从事输电线路杆塔基础设计的高级研究人员则更少。
　　三、结束语：
　　输电线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的任务，并联络各发电厂、变电站使之有效运行。近年来，对输电线路工程的质量要求比过去更加严格、规范，而电力行业的建筑施工部分是一项多工种、多专业的复杂的系统工程。尤其具有专业性强、施工难度大、建设周期短等特点。它包括施工测量、土石方工程、基础工程、杆塔工程、架线工程、接地工程等几大部分。瞄准国家急需解决的“西电东送”工程中出现的一系列地基基础工程关键科学技术问题，进行地基处理、岩土边坡加固、岩土工程环境保护等设计方法、施工技术等关键控制技术的探索与创新，研究开发出安全、经济、实用的科技成果为工程建设服务，彻底改变我国送电线路基础设计保守落后的现状，开创我国21世纪送电线路基础工程“技术先进、设计安全合理”的全新局面。