董元杰 张子一

摘要：接地装置设计的合理性对输电线路的正常运行至关重要。输电线路遭受的雷击电流是通过杆塔的接地装置泄入大地的，是泄导雷击电流的主要部分;而接地引下线是指从杆塔接地孔至地下接地射线之间的那段连接线，它的作用是通过杆塔自身（或安装的杆塔接地外引装置）连接避雷线以及下地转地网，使雷击电流能通过杆塔自身（或安装的杆塔接地外引装置）、接地引下线流入到接地网中，以便泄放雷击电流。

关键词：输电线路;自然接地体;探讨

引言

输电线路接地装置（以下简称“接地装置”）对电力系统的安全稳定运行至关重要，其接地的目的是将雷电导人大地，以避免伤害人类、破坏设备等。接地装置的设计通常会面临诸多问题，如：在高土壤电阻率地区，若设计时未充分利用杆塔基础自然接地，接地电阻会偏高，从而造成建设成本高;在低土壤电阻率地区，若接地装置设计裕度过大，会造成材料浪费;受气候、土壤环境复杂性影响，降阻效果达不到预期目标，导致验收时不得不对接地装置进行变更修改。为了解决上述问题，本文提出一种接地装置优化设计方法，以期为工程设计提供参考。

1概述

接地装置是输电线路的童要组成部分，主要由接地体和接地引下线两部分组成。接地体也称接地网，是泄导雷击电流的主要部分，当输电线路遭受雷击时，雷击电流通过接地体分散泄入大地。接地体主要由人工接地体和自然接地体两部分组成：人工接地体主要包含水平放射型接地装置、垂直放射塑接地装置、闭合环形接地装鸶等，为有效降低土壤电阻率，通常会使用接地模块。、缓释型离子接地体等降阻材料;自然接地体是指利用基础混凝土作为天然接地体来分担部分蕾击电流。接地引下线是指从杆塔接地孔至地下接地射线之间的连接线，其作用是连接杆塔自身或杆塔接地外引装置和接地体，使雷击电流能流人到接地网中。

2接地电阻研究的重要意义

当电力系统或电气设备发生接地短路故障或遭受雷击时，接地是重要的保护措施之一。无论是短路故障造成的瞬間大电流，还是直接雷击或者雷电感应产生的雷电流，最终都需要通过接地体将其传导泄散到大地中去。当电力系统或电气设备发生接地短路故障或其他大电流入地时，如果接地电阻值比较大，就会造成地网电位异常升高。这样，除给运行人员安全带来威胁外，还很有可能因反击或电缆皮环流使得电气设备的绝缘遭到破坏，高压串入设备，轻则导致电气设备的拒动或误动，重则破坏电气设备。因此，如何尽可能地降低接地电阻阻值是接地系统研究中的一个重要课题。

3自然接地体降阻策略

目前工程中常用的降阻措施有扩大接地网尺寸、深埋接地体、添加降阻材料、换土等方法，具有一定的降阻效果。然而国内工程通常将接地装置引下线从塔脚引接，竣工验收的时候需断开接地装置与铁塔（基础）的电气连接，接地验收测量的接地电阻不包含杆塔基础的自然接地，因此设计上很难充分考虑铁塔基础的自然接地，没有充分发挥自然接地的效果，使得接地装置的设计裕度过大，造成材料浪费，增加工程成本。输电线路杆塔基础主要由混凝土及其包裹的基础钢筋构成，由于基础钢材导电性良好，加之外层有混凝土保护，安全可靠、不易损坏、使用时间长、不易被腐蚀，只需要将其相互连通构成电气通路即可具有良好的散流作用，自身就可作为良好的自然接地体。此外，基础混凝土也具有一定的导电散流作用，且电阻率会随着环境发生变化，潮湿环境下效果更明显。由此可见，通过改善基础混凝土的导电性，甚至采用导电性更好的导电混凝土或在基础外层包覆导电材料，可以更好地发挥杆塔基础作为自然接地体的效用。

4接地装置冲击降阻优化措施研究

4.1接地装置射线最优角度

方框带射线接地极是工程上广泛采用的一种接地装置，其射线的布置角度对接地装置的冲击阻抗有一定的影响。下面分别计算不同角度下的方框带一组/两组射线接地装置接地阻抗，以便为工程设计提供参考。

4.2接地装置射线长度选取

随着接地装置射线长度增加，其降阻效果具有明显饱和效应，继续增加射线长度效果不明显，反而加大了工程投资。导体的有效长度与散流能力密切相关，散流能力又取决于土壤电阻率参数，因此接地装置射线的最佳长度必然是土壤电阻率的函数。仿真中土壤参数取均匀土壤，土壤电阻率ρ分别取100Ω·m，500Ω·m，射线分别取1组与2组，带一组射线情况下，射线角度取45°，两组射线情况下取0°，其它仿真参数保持不变。

4.3接地装置射线有效长度

由上述仿真可知，接地装置的型式及射线导体长度的选择均与导体的有效长度l0有关。为了进一步明确射线有效长度随土壤电阻率变化关系，以方框带一组射线接地装置为例，方框边长取10m，射线角度取45°，分别改变接地装置射线长度，其它仿真参数保持不变，研究不同电阻率下其冲击接地电阻变化规律。

5自然接地体在输电线路中的应用

由于自然接地体具有制作方便、稳定性高、使用寿命长等优点，在实际工程中应用逐步增多。将接地引下线的位置从传统的与杆塔塔腿底部连接调整为和杆塔基础底部相连接，将杆塔基础作为自然接地体，使自然接地体与人工敷设的垂直接地极和水平接地系统相连，充分发挥了基础混凝土和基础钢材的散流作用，有效降低杆塔接地电阻，减少接地材料的用量，同时避免接地装置遭受认为的盗窃和破坏。

在山区等运输困难、难以施工的塔位，采用碳纤维导电混凝土取代常规混凝土，利用杆塔基础作为自然接地体，可以减少人工接地体的开挖量，降低工程造价。碳纤维导电混凝土一般由胶凝材料、导电材料、介电骨料和水等成分组成，按照一定配比并加入碳纤维材料混合凝结而成的复合材料，既保持了结构材料的性能，又具有导电材料的特性，将其作为自然接地的辅助材料可起到更好的降阻效果。根据土壤和地下水位情况，利用非金属石墨复合接地材料采取上段、中段、下段外敷以及基础外表完全敷设等不同形式，增强自然接地体的散流作用，接地电阻受外敷半径和塔基埋设深度影响很大，随着外敷半径和塔基埋设深度的增加，接地电阻逐渐降低。

结语

将输电线路杆塔基础作为自然接地体，与杆塔人工敷设的接地装置或其他辅助降阻材料相连接，利用基础混凝土以及基础钢材的导电作用，相当于扩大了接地装置范围，不仅有利于减少人工接地装置的敷设量，节省材料、降低工程造价，还可以降低接地装置受外力损坏的几率。经过模拟计算分析以及国内外工程的应用，表明将杆塔基础作为接地装置的一部分可以有效降低杆塔的接地电阻，证明杆塔基础作为自然接地体是可行的，也为输电线路接地装置的改进优化提供了一个研究的方向。

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