淺議輸電線路桿塔接地設(shè)計(jì)
摘要：降低桿塔接地電阻是提高桿塔耐雷水平、降低雷擊跳閘率的重要途徑。對(duì)輸電線路的雷擊跳閘率進(jìn)行的沖擊分析表明，山區(qū)多雷區(qū)的輸電線路頻頻發(fā)生雷擊跳閘故障，測量雷擊故障所在桿塔的接地電阻大部分都偏大。進(jìn)一步檢測分析，桿塔接地裝置均不同程度地存在一些缺陷，而原因或是設(shè)計(jì)不盡合理、或是施工不嚴(yán)格規(guī)范、或是運(yùn)行環(huán)境惡劣、或是運(yùn)行維護(hù)不及時(shí)。利用各自優(yōu)點(diǎn)而改進(jìn)的接地電阻測量新方法，并提出了幾種理接地電阻超標(biāo)值的方法。送電線路桿塔必須可靠接地，以確保雷電流泄入大地，保護(hù)線路絕緣。為提高耐雷水平，保護(hù)設(shè)備絕緣和避免跨步電壓產(chǎn)生的人身傷害，就一定要降低桿塔的接地電阻。
關(guān)鍵詞：輸電線路桿塔接地設(shè)計(jì)
一、引言
輸電線路桿塔接地裝置是輸電線路的重要組成部分,是接地體和接地引下線的總稱,接地電阻是指接地體散流電阻、接地引下線電阻和接觸電阻的總和。其作用是確保雷電流可靠泄入大地,保護(hù)線路設(shè)備絕緣,減少線路雷擊跳閘率,提高運(yùn)行可靠性和避免跨步電壓產(chǎn)生的人身傷害。對(duì)輸電線路桿塔接地裝置進(jìn)行規(guī)范管理和維護(hù),確保接地裝置完整性是降低輸電線路雷擊跳閘率的有效措施,降低接地裝置接地電阻是提高線路耐雷水平的主要措施。
輸電線路桿塔接地裝置是輸電線路的重要組成部分,是輸電線路防雷的主要措施,其設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行維護(hù)的好壞直接關(guān)系到輸電線路桿塔耐雷水平的高低和輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行,為此需要對(duì)桿塔接地裝置的設(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收開展全過程、全方位的技術(shù)監(jiān)督,同時(shí)要加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,對(duì)存在缺陷或不合格的接地裝置及時(shí)進(jìn)行改造處理,直至滿足相關(guān)要求。輸電線路桿塔接地裝置改造推薦采用增加垂直接地體、加長接地帶、改變接地形式、換土或采用接地新技術(shù)(如接地模塊、陰極保護(hù)陽極接地)等措施進(jìn)行,原則上不使用化學(xué)降阻劑。對(duì)混凝土桿存在導(dǎo)通接觸不良的情況,推薦采用混凝土桿外引接地,即利用一定截面的扁鋼從架空地線懸掛點(diǎn)引至接地體進(jìn)行接地。
二、我國輸電線路桿塔接地情況：
輸電線路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，它將巨大的電能輸送到四面八方，是連接各個(gè)變電站、個(gè)重要用戶的紐帶。輸電線路的安全運(yùn)行，直接影響到了電網(wǎng)的穩(wěn)定和向用戶的可靠供電。因此，輸電線路的安全運(yùn)行在電網(wǎng)中占據(jù)舉足輕重的地位，是實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)電強(qiáng)網(wǎng)”的需要，也是向工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、廣大人民生活提供不間斷電力的需要。
1、我國架空輸電線路地基基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀
我國幅員遼闊，各個(gè)地區(qū)的地質(zhì)條件相差很大，所采用的輸電線路基礎(chǔ)形式也較為多樣。
其中西北地區(qū)主要為黃土地基，也存在部分沙漠及巖石地基。黃土地基使用的基礎(chǔ)形式主要有剛性臺(tái)階式基礎(chǔ)和插入式基礎(chǔ)，部分軟弱地基則主要采用鉆孔灌注樁。西北地區(qū)黃土具有濕陷性，常采用二灰換添法，石灰和素土的比例一般采用2:8或3:7，對(duì)重點(diǎn)塔位的地基重點(diǎn)處理。沙漠地區(qū)地基抗剪強(qiáng)度低，比普通基礎(chǔ)要多埋深1米。山區(qū)的巖石地基使用的基礎(chǔ)形式主要有掏挖式基礎(chǔ)等。在西北地區(qū)，出現(xiàn)倒塔一般不是基礎(chǔ)原因，主要是有外界因素的作用，如滑坡、流沙、河流沖刷等。
東北地區(qū)和新疆北部多為凍土地基，使用的基礎(chǔ)形式主要是插入式基礎(chǔ)和掏挖式基礎(chǔ)。同時(shí)，在東北的部分地區(qū)和新疆的南部也存在永凍土和巖石地基，使用的基礎(chǔ)形式主要是斜插式基礎(chǔ)。
我國華北地區(qū)的石家莊以北、北京地區(qū)、和內(nèi)蒙古地區(qū)的土質(zhì)條件較好，天津地區(qū)有軟土地基，土質(zhì)條件較差。各地使用的基礎(chǔ)形式主要有：嵌固式基礎(chǔ)、錨桿式基礎(chǔ)、插入式基礎(chǔ)和掏挖式基礎(chǔ)，同時(shí)還有灌注樁、挖孔樁、擴(kuò)底樁等。
我國華東地區(qū)河網(wǎng)密布，主要是軟弱地基。在進(jìn)行輸變電桿塔建造時(shí)，有的對(duì)地基先進(jìn)行處理，然后再建造桿塔基礎(chǔ)。在這一地區(qū)采用的基礎(chǔ)形式有：灌注樁、大板式基礎(chǔ)、螺旋錨式基礎(chǔ)、擠密碎石樁和擠密砂樁。螺旋錨用鋼量大，機(jī)具復(fù)雜。灌注樁造價(jià)高昂，且質(zhì)量不易控制。
2輸電線路桿塔的接地電阻是否可測：
接地和接地電阻是多學(xué)科專業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)，百年來為工業(yè)、生產(chǎn)、生活及科研的實(shí)踐所證實(shí)，須臾不可離。提出接地電阻應(yīng)予廢棄無疑與世界百年工業(yè)史相悖。物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科應(yīng)服務(wù)于各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，特別是電力和防雷技術(shù)，這種服務(wù)應(yīng)建立在理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。理論脫離實(shí)踐，或者理論工作者不從事實(shí)踐，不僅理論沒有發(fā)展前途，有時(shí)還會(huì)鬧出低級(jí)笑話來。接地電阻的難測不能說成不可測，并以接地電阻的不可測和高壓靜電表演為據(jù)提出“廢棄接地電阻”。
3、接地電阻與避雷線之間有著密不可分的聯(lián)系：
架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有以下作用：①分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；②通過對(duì)導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；③對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。
通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價(jià)中所占的比重也愈低。因此規(guī)程規(guī)定，220kV及以上電壓等級(jí)的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，110kV線路一般也應(yīng)全線架設(shè)避雷線。同時(shí)，為了提高避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率。避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)做得小一些，一般采用20°～30°。220kV及330kV雙避雷線線路應(yīng)做到20°左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護(hù)角在15°及以下。
為了起到保護(hù)作用，避雷線應(yīng)在每基桿塔處接地。在雙避雷線的超高壓輸電線路上，正常的工作電流將在每個(gè)檔距中兩根避雷線所組成的閉合回路里感應(yīng)出電流并引起功率損耗。為了減小這一損耗，同時(shí)為了把避雷線兼作通訊及繼電保護(hù)的通道，可將避雷線經(jīng)過一個(gè)小間隙對(duì)地(桿塔)絕緣起來。雷擊時(shí)，間隙被擊穿，使避雷線接地。
在現(xiàn)代高壓及超高壓線路上，同桿架設(shè)的雙回路線路日益增多，對(duì)此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時(shí)，可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時(shí)跳閘率，以保障線路的連續(xù)供電。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數(shù)有差異，這樣，雷擊時(shí)絕緣子串片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增加了對(duì)另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發(fā)生閃絡(luò)，保障了另一回路的連續(xù)供電。
4、桿塔的接地形式同桿塔所處土質(zhì)是否有關(guān)：
�。�1）一般輸電線路所經(jīng)地區(qū)的地形、地質(zhì)條件差異較大，設(shè)計(jì)和施工要考慮的邊界條件較多，加之科研條件和研究經(jīng)費(fèi)的制約，在輸電線路桿塔基礎(chǔ)方面的科研工作較薄弱，科研成果較少，技術(shù)儲(chǔ)備不足。
（2）對(duì)地基基礎(chǔ)問題國內(nèi)外專家和學(xué)者已做了大量的研究工作，取得了許多有價(jià)值的成果，但大多數(shù)都把注意力集中在某些結(jié)構(gòu)（如建筑物、橋梁等）的基礎(chǔ)上，這些研究成果由于下列原因而限制了它們?cè)陔娏�路上使用：
�、倏拱魏奢d經(jīng)常是各種輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的控制條件，而對(duì)建筑物和橋梁來說上拔力卻是次要的。
�、谳旊娋�路桿塔基礎(chǔ)所在的土質(zhì)勘測，無論在精確性還是在詳細(xì)程度上，都無法與建筑物和橋梁相比。
�、垡粭l線路上可能使用許多基本相同的桿塔，但它們的基礎(chǔ)則因土質(zhì)不同而不同。
�、芫�路桿塔常位于無人居住之處，而且除了施工、檢修和維護(hù)外并不危及人們的生命安全。
這些不同導(dǎo)致電力工業(yè)的桿塔基礎(chǔ)有其獨(dú)特的分析、設(shè)計(jì)方法，這些內(nèi)容在一般的基礎(chǔ)書籍中是難以找到的，例如：一般的基礎(chǔ)工程教科書對(duì)基礎(chǔ)上拔問題僅附帶提一下，對(duì)鋼框結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)很少涉及。這樣就導(dǎo)致在輸電線路基礎(chǔ)方面受過專門訓(xùn)練的國內(nèi)人才偏少，專門從事輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的高級(jí)研究人員則更少。
三、結(jié)束語：
輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的任務(wù)，并聯(lián)絡(luò)各發(fā)電廠、變電站使之有效運(yùn)行。近年來，對(duì)輸電線路工程的質(zhì)量要求比過去更加嚴(yán)格、規(guī)范，而電力行業(yè)的建筑施工部分是一項(xiàng)多工種、多專業(yè)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程。尤其具有專業(yè)性強(qiáng)、施工難度大、建設(shè)周期短等特點(diǎn)。它包括施工測量、土石方工程、基礎(chǔ)工程、桿塔工程、架線工程、接地工程等幾大部分。瞄準(zhǔn)國家急需解決的“西電東送”工程中出現(xiàn)的一系列地基基礎(chǔ)工程關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，進(jìn)行地基處理、巖土邊坡加固、巖土工程環(huán)境保護(hù)等設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)等關(guān)鍵控制技術(shù)的探索與創(chuàng)新，研究開發(fā)出安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的科技成果為工程建設(shè)服務(wù)，徹底改變我國送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)保守落后的現(xiàn)狀，開創(chuàng)我國21世紀(jì)送電線路基礎(chǔ)工程“技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)安全合理”的全新局面。
