淺談架空輸電線路的防雷接地

摘要：評價輸電線路防雷性能的兩個重要指標即是耐雷水平及雷擊跳閘率，桿塔耐雷水平一般需要超過進線段耐雷水平的2/3。文章結合工作實際，探討了如何進行架空輸電線路防雷接地處理，通過對接地電阻的分析提高防雷水平。

關鍵詞：架空輸電線路；線路防雷；防雷接地；電阻率

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0121-03

1 雷害概況

青島地區2012年第三季度220kV及110kV架空線路共跳閘90次，前者跳38次閘，后者跳52次閘，相比于上一年同期，其頻率多43次。評價輸電線路防雷性能的兩個重要指標即是耐雷水平及雷擊跳閘率。相關研究表明，桿塔耐雷水平一般需要超過進線段耐雷水平的2/3，所以接地電阻值需保證比較低。對于220kV輸電線路，一般線段耐雷水平需控制在75kA之上，進線段為110kA；對于110kV輸電線路，一般線段耐雷水平需控制在40kA之上，進線段為75kA。

2 線路防雷接地電阻因素及接地裝置影響因素

2.1 線路防雷接地電阻因素

經過雙地線保護，確保耐雷達到要求的水平，所有線路的進線段接地電阻都需要保證在5～10Ω的范圍內，對一般線段通常需保證在5～20Ω范圍內，按照耐雷水平的需要，110～220kV輸電線路對接地電阻的要求很高。表1為110kV、220kV輸電線路對接地電阻的要求。

如果輸電線路是對單地線，耐雷水平在接地電阻不變的前提下低25%左右，這是因為架空地線耦合系數比較小。實際上，即便滿足了上表的基本要求，卻很難達到滿意的耐雷水平。輸電線路接地電阻值在很大程度上左右著線路的耐雷水平。所以，必須對接地裝置進行改進并盡量控制接地電阻。

2.2 接地裝置影響因素

接地體與接地引下線統稱為防雷接地裝置，包括地體散流電阻、接地引下線電阻和接觸電阻，這也是架空輸電線路的一個重要部分。防雷接地裝置的作用主要是使雷電流能夠可靠流經引線、保護線路設備絕緣、減少雷擊跳閘幾率、消除跨步電壓對人體的威脅等。從另一個角度分，接地裝置包括了自然接地體以及人工接地裝置，人工接地裝置的作用在于對自然接地體的補充，使得接地電阻達到保護要求。和接地裝置的沖擊特性相關的幾個參數有裝置的結構、尺寸、埋深、土壤電阻率及雷電流等。當土壤電阻率在500Ω·m以內時，其導電性能比較好，而土壤電阻率上升會引起接地電阻快速增大，二者大體為一次線性相關；如果土壤電阻率為1000Ω·m，接地電阻就很難下降，如果要達到5Ω的要求，就需使用770m的射線；如果土壤電阻率為2000Ω·m，接地電阻最理想的也只能確保在10～20Ω范圍內，極難再降低。所以，對于2000Ω·m以上的果土壤電阻率，線路耐雷水平的提高只能采取其他措施。

3 輸電線路防雷接地技術

3.1 接地裝置結構改造

該地區電網接地裝置布置采取的方式為一般的射線式，該形式會給維護工作帶來難度，需耗費很大的工作量，所以，已經損傷的接地裝置很難及時修理好。對此，工程人員對原來的接地裝置情況作了一定的改造。改造的結構示意圖參見圖1所示：

圖1中，圓環指的是環路結構是特意設置的，不同于原來的桿塔周圍的閉合環路，改造后的環路所處位置較遠，通常需要控制在8～15m范圍內，該范圍需確保被能監測到，比較典型。在改造桿塔引下線的時候，為照顧到監測環路的可能性，除了使桿塔直接連接上一根引下線以外，其他的都經過微距隔離間隙進行絕緣處理，這一方面能夠對塔桿周邊接地裝置連通情況繼續擰定期檢查，另一方面避免接地裝置的拆開，有利于監測工作。這種監測措施具有很強的針對性、能準確有效地對接地電阻進行測量。線路接地裝置部分接地極的連通電阻監測情況參見圖2所示：

3.2 接地裝置分流處理

斜拉線利用。對于高塔及水泥桿，為降低雷擊閃絡，一個良好的方法即是減小塔身的電感大小。對現有的桿塔拉線進行充分利用，處理使之并聯于接地裝置，參見圖3a所示。保證拉線上下端連接好接地裝置，圖3b所示的為通過并聯拉線作分流引線平面圖。

a.桿塔拉線與接地裝置并聯

b.通過并聯拉線作分流引線示意圖

圖3中，與各根拉線接地端并聯用四根拉線串進隔離間隙，適當提高拉線下端的串聯，間隙隔離在5～7mm范圍內，旨在確保短路電流不會影響到桿塔拉線。

引下線的分流。為了控制電感效應需要在地網上分別接上引下線，每根接地射線都應該和桿塔接地引出端直接相連。

為了便于連接接地射線，將一環行抱箍設置于桿塔接地引出端附近，將一隔離間隙串接在桿塔引下線中，為檢測接地射線連通提供有利條件。接地射線條數要對應于桿塔引下線條數，如果土壤電阻率不超過300Ω·m，該條數取4根，否則取5～8根即可。

3.3 強化電磁感應型接地裝置處理

按照雷擊閃絡的反擊理論，提高耐雷水平的重要措施有提高耦合系數、降低電感和接地電阻。依據傳統理論，只能采用架空地線或耦合地線來提高耦合系數。雷擊過程主要包括暫態行波和穩態電磁感應兩個過程，所以對接地裝置的布置情況進行適當改善便能達到提高耦合系數的目的，在土壤電阻率不超過500Ω·m的情況下，強化電磁感應桿塔接地射線采取圖4a所示的布置。此接地射線的布置結構比較新穎，能有效增加抗陡波雷擊能力。而當土壤電阻率在1000Ω·m以上時，可有針對性地選擇圖4a或者4b所示的接地裝置形式，后者為前者的加強型。相比于傳統延伸地線，此種方式具有更高的電磁耦合系數，對耐雷水平提高具有重要的作用。

a.強化電磁感應型桿塔接地射線（m）

b.加強型強化電磁感應型桿塔接地射線（m）

3.4 毗鄰桿塔水平接地極的連接

如果兩根毗鄰桿塔距離在100～150m范圍之內，需設置一隔離間隙于兩基桿塔之間相連的射線中央位置，隔離間隙的長度宜保持在4～5mm范圍內，參見圖5所示。并在確保有效互連的前提下對每基桿塔進行參數參量。

3.5 垂直接地極的設置

對于土壤電阻率較高的地區將塔桿埋設深度提高到0.6～0.8m。為了保證接地極的散流效果，對于陡坡地形，計算深度的計算需按垂直地表面深度來計，盡量避免因洪水沖刷等原因導致接地射線暴露到地表而降低其散流

效果。

對于土壤電阻率較高的地區還要進行實施一定的措施進行補充，采用垂直接地極能夠對表面干燥土壤接地的不良問題進行適當的改善。在進行垂直接地極設置時，需從桿塔近周邊位置著手。水泥桿塔垂直接地極布置需從離桿塔3～5m著手，鐵塔布置宜從離桿塔5～8m著手。垂直接地極長度控制在1.5m左右最好，控制間距在4～6m范圍內，加工需取圓鋼或角鋼進行。

3.6 接地射線的保護

為了最大限度地延長接地裝置的使用壽命，需要進行接地引下線的防腐處理。接地極選擇截面偏粗的圓鋼，直徑約Φ12～14mm，采用熱縮管進行保護設置，保護范圍保持在地下100cm，地面上30～50cm。

3.7 新型接地射線材料的應用

目前，我國輸電線路的接地射線大部分采用的是缺少防護處理的普通鋼材，使用壽命不算高，對此，為提高接地裝置的可靠性和使用壽命，需進行新型材料的積極探索和大膽使用，例如滲鋁鋼材、鋁包鋼、銅包鋼等。

4 結語

總的來說對于110kV輸電線路需注重對接地裝置的改造，而對于220kV輸電線路則應采取綜合措施，除了接地，還需進行屏蔽處理。本工程經過對接地裝置改造后，將雷擊跳閘率降低到25%～30%水平，對于接地裝置比較差的線路能降低至30%～50%的水平。如果高塔線路和單地線水泥桿線路地區的植被和表土較好，需適當應用斜拉分流線；而如果線路地區植被和表土不太優良，需采用對射線長度、增加埋設深度進行適當提高并加入垂直接地極等措施進行處理。輸電線路防雷設計和改造需注重設計、施工、檢測、維修等各個環節，確保高水平防雷質量。

參考文獻

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作者簡介：謝玉強（1984—），男，河北趙縣人，山東電力集團公司青島供電公司助理工程師，研究方向：輸電線路電氣設計。

（責任編輯：周 瓊）