利用鉗形表測量線路桿塔接地性能的可行性研究

駱長云，何智強，周衛華

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙410007)

輸電線路桿塔接地網對電力系統的安全穩定運行至關重要。降低桿塔接地電阻是提高線路防雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施〔1-2〕。當雷擊桿頂或避雷線時，雷電流通過桿塔接地網入地。但因接地電阻偏高或接地通道不通 (接地導通不良)，從而產生較高的反擊電壓導致絕緣子閃絡，致使線路跳閘。

湖南省是多酸雨地區，腐蝕對輸變電接地網的危害尤為嚴重〔3〕。湖南省電力公司從上世紀90年代起至今，為摸清接地網的腐蝕情況及存在的問題，在雷雨季節來臨之前均對輸電線路桿塔地網進行接地通道導通情況進行檢查。從近3年來的檢查情況來看:湖南電網110 kV及以上線路雷擊跳閘事故中，由于接地電阻偏高或接地通道不通 (接地導通不良)造成的雷擊跳閘約占總雷擊跳閘事故率的70%。因此，認真分析輸電線路桿塔接地問題，采取行之有效的對策，具有十分重要的意義。故而，加強接地裝置的安全性以及監測的實時性，是確保輸電線路安全運行和電網安全運行的重要措施之一。

1 桿塔地網接地電阻和接地導通電阻的測量

傳統的輸電線路桿塔地網接地電阻均采用ZC-8接地搖表來進行測量，此后也出現了GEO-XP等一系列接地電阻測試儀。使用ZC-8型是將接地線從桿塔下部接地樁解開及打輔助接地極，使被測的接地極從接地系統中分離，然后將電壓極及電流極按規定的距離打入土壤中作為輔助電極才能進行測量，且所測接地電阻僅為桿塔接地裝置本身的接地電阻。

因此，基于三極法原理的ZC-8接地搖表 (以下簡稱接地搖表)對于測量桿塔下部地網接地電阻比較準確，前提是必須打開地網與上部接地引線的連接。對于有雙接地引下線的線路桿塔，用ETCR2000鉗形表 (以下簡稱鉗形表)進行測試，連通圖如圖1，該法實際上測量的是回路的導通電阻。

圖1 輸電線路桿塔接地網導通電阻測試圖

測試回路導通電阻時，回路中包含有接地網回路的導通電阻、接地引下線的電阻、桿塔本身的導通電阻。因而桿塔本身的狀態也會影響鉗形表的測試結果。圖2為利用鉗形表測量桿塔導通電阻時的等值電路圖。

圖2 鉗形表測量線路桿塔導通電阻等值電路圖

其中R1+jXg1為接地引下線回路的導通阻抗，R2+jXg2為輸電線路桿塔本身的導通阻抗，R3+jXg3為輸電線路桿塔本身的導通阻抗。此外，引下線與大地的接觸電阻、桿塔本身接地引下線處涂防腐漆等也是影響回路導通電阻的影響因素。從圖2的等值電路圖來看，利用鉗形表測量桿塔回路的導通電阻值較接地搖表大。

若2根引下線有1根斷開或者是單接地引下線的線路桿塔，則引下線可以通過避雷線和其他桿塔地網與本塔地網構成回路，此時測量的是接地電阻。如圖3。

圖3 輸電線路接地電阻測試原理圖

圖4為利用鉗形表測量輸電線路桿塔接地阻抗的等值電路圖。

圖4 鉗形表測量線路桿塔接地電阻等值電路圖

其中R1+jXg為欲測桿塔的接地阻抗。在接地電阻的測試回路中，還包含有避雷器阻抗 (Z=R+jX)和桿塔之間電阻的互阻抗 (在接地回路正常的情況下很小)以及其它桿塔的接地電阻并聯后的等效電阻。根據鉗形表的測試原理，實際上鉗形表測試出的電阻就是上述4個數值的和。一般來講，其測試數值是大于ZC-8接地搖表數值的。

2 測量數據分析

分別用鉗形表和接地搖表對湖南省內100多基涉及不同電壓等級的輸電線路桿塔接地電阻和接地導通電阻進行了測量，通過大量現場試驗發現:鉗形表測量的接地電阻一般較接地搖表測量結果偏大，誤差一般小于1 Ω。而鉗形表的導通電阻測量結果為接地搖表的8～10倍。部分測試數據見表1。

從2種測試儀器的測試數據來看:鉗形表測量的導通電阻包含有接地網回路的導通電阻、接地引下線的電阻、桿塔本身的導通電阻。而接地搖表僅測試部分引下線和接地網回路的導通電阻值。因而鉗形表測試數據遠較接地搖表測試導通電阻大。

表2為通過利用CDEGS仿真獲取的500 kV和220 kV輸電線路桿塔本身 (鐵塔)的電阻的計算值。在仿真計算桿塔模型中，因實際桿塔鋼材為角鋼，而仿真軟件中導體為圓鋼，因此導體半徑通過公式r=0.44b〔1〕等效，r為等效半徑，b為角鋼寬度。導體材料均為鋼 (相對電阻率10，相對磁導率636)。桿塔模型參數如圖5。

表1 線路桿塔接地電阻導通電阻測量值

圖5 輸電線路桿塔真型圖 (單位:m)

不考慮線路負載及地中電流條件下，在接地引下線中串入幅值為6 mV的電壓源，仿真計算結果見表2。

表2 500 kV和220 kV輸電線路仿真計算電阻值

結合500 kV和220 kV輸電線路桿塔電阻仿真計算值以及測量實際值，分析了利用鉗形表測量輸電線路桿塔導通電阻值和搖表測量值存在偏差的主影響因素。一是由于輸電線路桿塔本身存在電阻值，特別是在線路運行以后由于桿塔本身處在線路運行環境中，桿塔頂端部分被氧化，桿塔結構本身由于涂有防腐漆以及常年運行后老化的一些因素也會導致桿塔本身的電阻值偏大，如表1中，接地良好的桿塔本身的電阻值測試范圍在10～1 000 mΩ之間。二是在測試過程中線路負載在引下線中產生的電流影響測試精度。表3為模擬線路流過的負載電流對測量的影響，模擬了三相線路分別通過幅值為606 A的三相對稱電流時對應接地引下線中流過的電流。

表3 線路負載電流對測量的影響

由計算結果可見，在線路負載電流作用下，引下線中流過的電流比較大，達到100 mA，這個電流甚至大于鉗形表測量用激勵電流，無疑會嚴重影響回路導通測量。

總之，通過大量現場試驗發現:在利用鉗形表對輸電線路桿塔地網接地導通進行測量時，只要是針對不同引下線測試桿塔回路導通電阻數值沒有大的偏差，并且導通電阻值測量值在2 Ω以下的，桿塔接地網本身導通便不存在銹斷或脫落的情況，只是桿塔接地網有腐蝕而已。圖6為在湖南某電業局進行線路 (220 kV宗柏線001號)導通電阻測試時發現導通電阻嚴重偏大后現場開挖的圖片，也驗證了利用鉗形表測量輸電線路桿塔導通的有效性及實用性。

圖6 桿塔接地裝置現場開挖圖

對于輸電線路桿塔的接地電阻測量，從表1中可以發現，鉗形表和接地搖表測量結果的絕對誤差基本上小于1 Ω。而事實上，接地電阻受濕度、溫度等影響非常大，接地電阻值并不是固定不變的。在日常維護中應當著重判斷桿塔接地網接地電阻是否符合設計值指標以及結合其接地電阻和導通電阻值的相對變化情況判斷接地網是否存在故障或缺陷，而沒有必要苛求知道精確的接地電阻值。

3 結論

(1)與傳統的接地搖表導通電阻值相比，鉗形表測量數值為搖表的8～10倍。

(2)線路中負載電流能在接地引下線中感應出與測量電流相比擬的干擾電流，這可能對導通電阻測量產生明顯影響。

(3)桿塔涂防腐漆時，需加強桿塔與接地螺栓處油漆的處理，防腐漆涂刷的好壞，直接影響利用鉗形表測量輸電線路桿塔導通電阻值。

(4)鉗形表攜帶方便，操作簡單，讀數快捷，大大縮短了測試桿塔接地電阻和導通電阻的時間，提高了工作效率。

(5)利用鉗形表測量，可對桿塔導通是否存在銹斷或被偷盜的情況作出判斷，為其在線監測發展奠定了基礎。

〔1〕解廣潤.電力系統接地技術〔M〕.北京:水利電力出版社，1991:27-56.

〔2〕何金良，曾嶸.電力系統接地技術〔M〕.北京:科學出版社，2007:217-222.

〔3〕何智強，陳曉暉，黃宏峰，等.Q235、Q345鋼材在不同土壤環境中的腐蝕特性〔J〕.電力建設，2011，32(5):91-94.