常国文，鲁杰，常英龙

国网承德供电公司

架空输电线路新型石墨防雷接地装置的应用探讨

常国文，鲁杰，常英龙

国网承德供电公司

杆塔接地电阻是影响架空输电线路耐雷水平的关键因素。改进杆塔接地装置，降低接地电阻是提高输电线路耐雷水平行之有效的方法。本文根据承德地区多年来架空输电线路接地装置的改造和工程情况，对多种杆塔降阻技术的应用效果进行了论述，分析了高土壤电阻率条件下，不同降阻技术的优劣，探讨了新型石墨防雷接地装置的应用优势。

高土壤电阻率；杆塔降阻技术；耐雷水平；石墨防雷接地装置

引言

承德地处山区，近年来雷电活动加剧频繁，架空输电线路因雷击造成的故障跳闸频发，对区域电力系统稳定构成较大威胁。由于高土壤电阻率地区比例较大，如何有效降低高土壤电阻率条件下输电线路杆塔的接地电阻是一直努力探索的方向。本文通过多年来不同杆塔降阻技术的应用实践，对各种杆塔降阻技术的优缺点进行了总结分析，探讨适合承德地区使用的杆塔降阻技术是十分必要的。

1 承德地区环境和地质条件

承德地处河北省东北部山区，下辖三区八县，面积3.9万平方公里，海拔高度约300～2000米，处于华北和东北两个地区的连接过渡地带，北部属七老图山脉，为林海草原；中部属燕山山脉，为低山丘陵；南部属燕山山脉东段，山高谷深，年平均雷暴日数大于40天∕年，属多雷区。地质结构呈多元化，除坝上地区有大量的玄武岩外，其他地区以砾岩、砂砾岩、片麻岩、页岩、石灰岩和花岗岩为主，地表一般以碎石、风化岩石及岩石形成的沙粒为主。岩石风化表面覆盖层较薄，山顶及山梁处残积土厚度一般约为0.3米左右，其下面岩石风化层一般自上而下分为强风化层，中等风化层及微风化层。以承德地区最常见的砾岩为例，其强风化层厚度在0.6米左右。

2 土壤电阻率和杆塔接地装置

2.1 土壤电阻率

通过对近年完成建设的“六沟-中电投、建平-大庆、都山-龙须门、天文台-兴隆工业园、周营子-滦东、隆城-郭家屯、潮河-凤山、张家湾-山湾子”等8条110千伏输电线路工程，共648基杆塔的土壤电阻率测量数据进行统计：土壤电阻率为300～600Ω·m的106基，占16.36%；600～1000Ω·m的123基，占18.98%；1000～2000Ω·m的308基，占47.53%；大于2000Ω·m的111基，占17.13%。其中土壤电阻率为1000Ω·m以上的占比达64.66%。通常情况下风化的砾岩、砂砾岩、页岩的电阻率为1000～2000Ω·m，风化的石灰岩、花岗岩、片麻岩的电阻率＞2000Ω·m。

2.2 杆塔接地装置

杆塔接地装置是指埋设于土壤中与杆塔的架空地线及杆塔本体有电气连接的金属装置，其作用是将雷电流引入大地并迅速扩撒，以保护线路免受过电压危害。接地体是埋入地面以下直接与大地接触的金属导体，分为自然接地体和人工接地体2种，其中自然接地体只有在土壤电阻率较低（300Ω·m以下）的地区才有作用，在承德地区单纯依靠自然接地体无法满足要求，需加装人工接地体。承德地区接地装置的设计，既要满足热稳定的要求，又要耐受一定年限的腐蚀，一般采用水平敷设的放射型接地体，水平敷设Ø12圆钢，山地埋深不小于0.6米。

3 常见杆塔降阻技术的应用

杆塔降阻技术是通过降低杆塔的冲击接地电阻来提高输电线路反击耐雷水平的一种防雷技术。当杆塔接地电阻不能符合规定的电阻值时，需针对周围环境条件、土壤和地质条件进行经济技术比较，选用降阻技术来降低杆塔接地电阻。围绕如何有效降低高土壤电阻率条件下杆塔接地电阻，多年来做了许多探索和尝试。

3.1 连续伸长接地

遇到土壤电阻率超过2000Ω·m的情况时，线路杆塔接地电阻难以降到30Ω以下，相当长一段时间，采用6～8根总长度不超过500米的放射型接地体，或采用连续伸长接地体，接地电阻可不受限制。但是随近年国网公司和冀北公司对于标准化线路建设要求（山区杆塔接地电阻值小于15Ω），此方法现已不使用。

3.2 外引接地

外引接地即采用引线将杆塔接地装置引至土壤电阻率低的地段，达到降低接地电阻的目的，但规程限制了外引接地的最大长度，如土壤电阻率大于2000Ω·m，其值不可超过150米，而承德地区山形梁谷之差多超过150米，且处于京津北部的三北防护林地带，需同时考虑环境保护和水土保持的要求，此方法已不合时宜。

3.3 换土

换土是把接地槽内电阻率高的土壤替换成电阻率低的黄土，以达到降阻的目的。虽然降阻效果令人满意，但难以推广使用。以土壤电阻率大于2000Ω·m的高山地段为例，1基杆塔接地槽内需换土约40m3，而承德地区黄土来源稀缺，山路崎岖难行，需将黄土运输至杆塔位同时将废渣运出，所需人力和汽车运输的费用极高，经济性较差，此方法已不采用。

3.4 化学降阻剂

承德地区杆塔接地装置采用化学降阻剂的时间约在八九十年代。化学降阻剂在有水分时电解质电离出带电的离子成为导体，从而降低接地电阻。该方法使用初期效果较佳，但无水干燥时无降阻能力，且随着水分的变化电解质逐渐流失，降阻效果会逐渐衰减至消失。化学降阻剂会对接地体圆钢产生腐蚀，接地装置寿命缩短，需要不定期修复，该方法难以保持长久稳定，此方法已不再采用。

3.5 接地模块

加装接地模块是近年来在承德输电线路工程中广泛使用的降阻方法。具有性能稳定的低电阻和良好的防腐性能，无论使用寿命和降阻的长效性方面都优于降阻剂。缺点是接地模块价格较高，易破碎运输难；无法独立使用，必须与圆钢连接使用，接地装置的寿命由圆钢寿命决定；施工时需现场焊接；需额外增加开挖土石方量，比采用降阻剂开挖方量每基约多5.8m3。此方法经济性、长效性和实施便捷性均不佳。

4 新型石墨防雷接地装置

4.1 特点及优势

新型石墨防雷接地装置是以高纯度石墨为原料，经特殊加工制成导电石墨线，然后编制而成的缆状非金属导电材料。质量轻（4m∕Kg），相较常规金属接地体每基杆塔材料轻4∕5，适合山区运输。现场安装便捷，无需电气焊、热熔焊接，极大减轻施工作业难度。为柔性缆状，可随地势地形条件自由弯曲，有效避让岩石等施工困难区域，自由弯曲引向低电阻区域。耐高低温，适合大温差环境。具有性能稳定的低电阻和良好的防腐性能，使用寿命可达三十年。表面为网状结构，表面积大，具备良好的导电性能，有效降低铺设面积，减少开挖土石方量。

4.2 实用范例

2016年承德110kV宝西双回线路改造工程共有22基铁塔，针对该工程中土壤电阻率较高的7基铁塔采用了新型石墨防雷接地装置，下表是施工结束四天后实测的数据。