淺議輸電線路桿塔接地設(shè)計
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。對輸電線路的雷擊跳閘率進行的沖擊分析表明，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)計不盡合理、或是施工不嚴(yán)格規(guī)范、或是運行環(huán)境惡劣、或是運行維護不及時。利用各自優(yōu)點而改進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，保護線路絕緣。為提高耐雷水平，保護設(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
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,保護線路設(shè)備絕緣,減少線路雷擊跳閘率,提高運行可靠性和避免跨步電壓產(chǎn)生的人身傷害。對輸電線路桿塔接地裝置進行規(guī)范管理和維護,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、施工及運行維護的好壞直接關(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)定運行,為此需要對桿塔接地裝置的設(shè)計、施工和竣工驗收開展全過程、全方位的技術(shù)監(jiān)督,同時要加強運行維護管理,對存在缺陷或不合格的接地裝置及時進行改造處理,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、陰極保護陽極接地)等措施進行,原則上不使用化學(xué)降阻劑。對混凝土桿存在導(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引至接地體進行接地。
二、我國輸電線路桿塔接地情況：
輸電線路是電力系統(tǒng)的大動脈，它將巨大的電能輸送到四面八方，是連接各個變電站、個重要用戶的紐帶。輸電線路的安全運行，直接影響到了電網(wǎng)的穩(wěn)定和向用戶的可靠供電。因此，輸電線路的安全運行在電網(wǎng)中占據(jù)舉足輕重的地位，是實現(xiàn)“強電強網(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，對重點塔位的地基重點處理。沙漠地區(qū)地基抗剪強度低，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，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)，同時還有灌注樁、挖孔樁、擴底樁等。
我國華東地區(qū)河網(wǎng)密布，主要是軟弱地基。在進行輸變電桿塔建造時，有的對地基先進行處理，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，機具復(fù)雜。灌注樁造價高昂，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)、生活及科研的實踐所證實，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)建立在理論與實踐相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。理論脫離實踐，或者理論工作者不從事實踐，不僅理論沒有發(fā)展前途，有時還會鬧出低級笑話來。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通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；③對導(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，為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏蔽效果，減小繞擊率。避雷線對邊導(dǎo)線的保護角應(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，保護角在15°及以下。
為了起到保護作用，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，同時為了把避雷線兼作通訊及繼電保護的通道，可將避雷線經(jīng)過一個小間隙對地(桿塔)絕緣起來。雷擊時，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，對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率，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)儲備不足。
�。�2）對地基基礎(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在電力線路上使用：
�、倏拱魏奢d經(jīng)常是各種輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計的控制條件，而對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)有其獨特的分析、設(shè)計方法，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)工程教科書對基礎(chǔ)上拔問題僅附帶提一下，對鋼框結(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)計的高級研究人員則更少。
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、變電站使之有效運行。近年來，對輸電線路工程的質(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、施工難度大、建設(shè)周期短等特點。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，進行地基處理、巖土邊坡加固、巖土工程環(huán)境保護等設(shè)計方法、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、實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、設(shè)計安全合理”的全新局面。
