真型桿塔接地裝置沖擊特性研究

江全才,譚坤僑,鄧長征,王　鴻,王湘漢（.三峽大學,湖北　宜昌　44300;　.　中國電力科學研究院武漢分院,武漢　430074）

真型桿塔接地裝置沖擊特性研究

江全才1,譚坤僑1,鄧長征1,王鴻1,王湘漢2
（1.三峽大學,湖北宜昌443002;2.中國電力科學研究院武漢分院,武漢430074）

摘要：降低桿塔沖擊接地電阻是防雷的有效措施，為準確分析接地裝置的沖擊特性規律，本文采用現有的便攜式桿塔沖擊接地電阻測量儀，選取實際線路桿塔接地裝置注入模擬雷電沖擊電流的現場試驗的方法，測量了桿塔接地裝置的模擬雷電流的電流電壓波形，分別采用夾角法和四極法測得了桿塔的工頻接地電阻和現場土壤電阻率,分析了真型桿塔的沖擊特性；按照與現場試驗相同條件結合理論計算和CDEGS仿真分析，現場試驗結果與理論計算和仿真分析取得了較好的一致性。

關鍵詞：桿塔接地裝置；沖擊特性；沖擊接地電阻；CDEGS仿真；現場試驗

本文擬采用在桿塔現場借助便攜式移動沖擊設備對真型桿塔注入雷電沖擊電流進行試驗研究，建立CDEGS仿真模型進行沖擊特性的仿真分析。

1　現場沖擊試驗方法

試驗用沖擊設備為SPD-Ⅰ型便攜式電涌保護器測試儀，是一款集組合波發生器和直流高壓發生器于一體的便攜式多功能電涌保護器（SPD）性能參數測試儀器。該測試儀可產生最大幅值為6kV/3kA的1.2/50μs的模擬雷擊浪涌。

分別采用0.1倍衰減的羅氏線圈和變比為72的電容式分壓器采集電流電壓信號，通過信號電纜傳輸到TDS3012C型存儲示波器查看波形，讀取電壓電流峰值并將波形數據以Excel格式保存到移動存儲盤中。波形如圖1所示。

圖1　現場試驗電流電壓波形圖

按夾角補償法布置電流極和電位極，三角形法時線長為100m，夾角約為30°，為了更好的使電流回流，用四根扁鋼做電流極，四根扁鋼布置成一個邊長為1m的正方形，扁鋼的打入深度為1.2-1.5m。

1.1試驗準備

由于是對野外真型桿塔接地極進行沖擊試驗，試驗選擇了位于武漢市江夏區的一基剛建成還未掛導線避雷線的桿塔，確保了注入電流完全通過接地裝置散流。將設備運達現場后，布置電流電壓極，搭建試驗回路，為保證測量不受干擾，測量系統有一定的絕緣，將分壓器和示波器放置在環氧樹脂材料的絕緣板上。

1.2試驗結果及數據分析

接地極的工頻接地電阻和工頻接地電阻都與周邊的土壤電阻率有一定的關系，工頻接地電阻與土壤電阻率呈線性關系的，當土壤電阻率小時，工頻接地電阻值較小；而沖擊接地電阻與土壤電阻率呈非線性關系的，在土壤電阻率較小的情況下，沖擊接地電阻增大的速度隨土壤電阻率的增大而增大，電阻率較大的情況下，沖擊接地電阻隨電阻率增加而增加的速度逐漸減小。通過現場試驗測得的土壤電阻率如下表1所示。

表1　土壤電阻率測量結果

由表可知，當地的土壤條件較好，可看作均勻土壤，土壤電阻率小于100Ω·m，具有良好的導電性。且土壤電阻率越小，導電性能越好，更有利于將雷電流泄放到大地中去。

1.3CDEGS仿真計算原理

下面給出的是計算電磁場時域分布的方法。時域中的標量電壓以及電磁場可以通過Fourier變換求得：

為雷電涌流的頻譜，V0(ω)，E0(ω)，H0(ω)分別為未經調制的標量電壓、電場、磁場的頻譜。未經調制的電磁場由接于導體網的單位電流源產生。頻譜V0(ω)，E0(ω)，由HIFREQ模塊來計算，Fourier變換和Fourier反變換由FFTSES模塊來計算。

2　結論

本研究通過對220Kv線路桿塔進行現場沖擊特性試驗，同時輔以CDEGS仿真計算，對比分析真型試驗和仿真結果，研究得出以下結論：

（1）采用現場沖擊試驗，得到了真實桿塔接地裝置的沖擊接地電阻，因選取剛組立的220Kv鐵塔，排出了導線以及架空地線的干擾。現場的土壤情況、周邊環境和天氣狀況等與實測值比較相符；

（2）沖擊接地電阻實測值與仿真計算結果吻合較好，因受現場干擾因素的影響存在一定的誤差，整體的變化趨勢基本一致，認為試驗結果是準確的；

（3）桿塔基礎比人工接地體埋深更深，剛組立的桿塔水泥基礎具有很強的吸濕性，使得人工接地體沖擊接地電阻比基礎的沖擊接地電阻更大，表明了基礎能在實際的散流中對人工接地體起到一定的輔助作用，從試驗結果推斷，在高土壤電阻率地區，基礎接地體在散流的過程中起到更好的補充作用。

作者簡介：江全才（1962-），男，湖北武漢人，碩士，高級工程師，研究方向：輸電線路工程技術。