对电力系统送电线路接地电阻的分析

摘要：山区电力送电线路施工中，技术人员较为头疼的问题就是如何降低线路接地体的接地电阻。本文重点从增加接地体与土壤之间的接触面积和降低土壤的电阻率阐述了如何有效降低送电线路的接地电阻。

关键词：送电线路;电力系统;接触电阻

Abstract: electric power transmission lines in the mountainous area construction, technical personnel more headache problem is how to reduce the grounding body line of grounding resistance. This paper mainly from grounding body between soil and increase the contact area and the reduction of the soil resistivity expounds how to effectively reduce the transmission lines of grounding resistance.

Keywords: transmission lines; Electric power system; Contact resistance

中图分类号：U463文献标识码： A 文章编号：

0 前言

随着国家经济的不断发展，山区电力工程建设的进一步深入，对送电线路的要求也越来越严格，经常会遇上自然条件差、环境恶劣的山区电力工程建设。山区地质多为土夹石层，或为风化沉积岩，也有部分为岩石。接地体的接地电阻很难满足设计要求。

从人工接地体的工频接地电阻的计算公式：

垂直接地体:

水平接地体:

式中：Rc是指接地体的接地电阻；ρ是指土壤的电阻率；d是指接地体型材的直径；L是指接地体的有效长度（深度）；A是水平接地体的形状系数。

可以得出，可以从两方面降低接地电阻值：①增加接地体与土壤之间的接触面积，其中包括接地体形式；②降低土壤的电阻率。

电力线路工程上，一般要求线路杆塔要求控制在30Ω以内。针对不同地质条件采取不同措施来降低接地体的接地电阻。原则上接地电阻越小越好，但施工中应考虑经济合理的原则，我们可以从以下几个方面进行考虑：

1增加接地体与土壤之间的有效接触面积

根据SJD8-29《电力设备接地设计技术规程》的要求，接地体截面积的计算公式为：

式中：Sjd———接地体截面，mm2；

Ijd———流经接地体的短路电流稳定值，A；

Td———短路电流的等效持续时间，S；

C———接地材料的热稳定系数，对于钢接地体，C=70；

Kf———趋肤效应系数，对准20mm及以下圆钢或600mm2及以下扁钢，取Kf=1.0。

1.1选择合适接地装置结构型式

在DL/T621-1997《交流电气装置的接地》附录D“架空电力线杆塔接地电阻的计算”中，推荐几种水平接地布置型式：①适用于铁塔，为口字型加四射线；②适用于钢筋混凝土门型杆，为一字型两头两射线形；③适用于门型杆，日字环型元射线（用于较低土壤电阻率或居民区，要求水平接地线闭合）。

根据我们经验，在高阻地区（>4×105Ω·cm），如出现接地电阻值过大，由于雷电流特性，采用延伸接地体的埋设长度不如增加接地线，如使用4支超过100m接地线，远不如合理增加2支以上60m射线式接地线效果显著。

1.2串联接地极

串联接地极为了减少接地体与土壤之间的接触电阻。当接地体的接地电阻值与设计值相差不大时，在增加了几组接地极，即可减小接地电阻值，达到设计要求，这种方法也最为简单有效。2009年，我单位在110kV土高线进光段山体电力线路施工，山体表层土壤结构主要是为土夹石，土壤比较潮湿，土壤电阻率不高，在个别接地电阻超过设计标准的地点，我们串联了2~3组接地极，测量时其接地电阻值就达到设计要求。

目前，随着科技的发展，市场上出现了如锌包钢复合接地极、电镀铜接地极、离子接地棒、接地模块等含较高科技产品出现，特别是离子接地棒、接地模块等复合型接地装置，通过改善接地体周围土壤的湿度、电解质含量等指标，有效地降低土壤电阻率，如离子接地棒在膨润土与降阻剂组合配合下，离子接地系统可直接改良接地体周围的土壤电阻率。对高工壤电阻率，干燥土壤条件，场地限制，季节因素导致土壤电阻率的波动的地区，保证稳定和可靠的低阻抗接地。

1.3增加分角地线

增加分角地线增加接地体与土壤的接触面积，达到减少接地体与土壤之间的接触电阻目的。主要适用于山区线路铁塔接地。

在施工过程中，在增加射线接地线时需要注意的是：任一接地线节点（交汇点）至多三线合一，即从某一节点出来的射线最好是两支，根据“人工接地极工频接地电阻的计算公式”三线交汇于一点时水平接地极的形状系数A等于0.867；四线交汇于一点时，A=2.14；五线交汇于一点则A=5.27；即交汇线越多A值越大，也就是接地材料的利用率越低。

作业过程中同时一定要注意控制好射线间夹角，其原因是两射线夹角越小散流电场互相屏蔽越严重，平行布置时相互屏蔽最为严重，大大降低了接地材料利用率，从而增大接地电阻。

2降低土壤的电阻率

土壤电阻率与土壤的结构、可溶性电解质、致密度、湿度、温度等有关。影响土壤电阻率ρ的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量。

输电线路杆塔接地主要是以防雷为主要目的，因而在架空线路杆塔接地装置的设计考虑的是如何降低杆塔接地装置的冲击接地电阻，但在工程实际中因冲击接地电阻与诸多因素有关，不便于实际测量和控制。因而，在实际工程中仍以考核工频接地电阻为主，特殊地段，需要冲击接地电阻时，用工频接地电阻乘以冲击系数α，或通过冲击接地电阻的计算求得。通常采用四电极法测量土壤电阻率ρ。测试布极方法如图1所示（测试仪表以ZC－8型接地电阻测量仪为例）。

土壤电阻率的简化计算公式：ρ=2π×a×Rc（其中a为地桩间的距离，Rc为测得的接地电阻值）。工程建设中，通常采用置换电阻率低的土壤和使用化学降阻法来降低土壤电阻率。

2.1置换电阻率低的土壤

置换电阻率低的土壤即用黏土、黑土及砂质黏土，或在接地体周围土壤中加入煤渣、木炭、炉灰、工业盐等物质代替原有的土壤，达到降低土壤的电阻率目的。工程中往往采用局部置换，选料不能是酸性物质，以免腐蚀接地体，施工中一般换掉接地体上部1/3长度、周围0.5m以内的土壤，注意要与原土壤充分接触。但实际操作中，由于地形条件限制、材质容易流失、降阻效果不确定性等因素影响，往往配合使用。

2007年，在处理110kV丙湖线接地电阻缺陷时，遇到处在地质条件为风化沉积岩地区，在处理接地时（8月份），我们采用渗入工业盐，测量时其接地电阻值控制在30Ω以内，次年，复查抽样测量接地电阻值在65Ω左右，分析其原因，主要是由于工业盐水本身的时效性所致，后来我们改用降阻剂，才解决问题。

2.2使用化学降阻法

降阻剂一般都含有大量金属氧化物，遇水后电离出大量金属离子。降阻剂施用于接地体与土壤间，能够使金属与土壤紧密地接触，形成较大的电流流通面，有效减小接地电阻；另一方面，它能向周围土壤渗透，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻率区域。由于降阻剂成本较低，工程实施也比较容易，因此降阻剂在山区电力线路施工中（尤其困难地段）得到广泛应用。

2009年，在110kV土湖线工程施工中，地质复杂，施工时我们按照设计要求埋设接地体，验收时发现2#铁塔接地电阻高达100Ω以上，基于该铁塔地理位置特殊，周围环境复杂，增加水平接地线困难，为了确保线路的接地电阻满足设计要求及安全运行的要求，施工班组考虑使用降阻剂，着重考虑产品的技术特性：

（1）降阻特性：根据《接地降阻剂暂行技术条件》要求，在室温（25°±15℃）下降阻剂在工频小电流的电阻率应小于5Ω·m。

（2）降阻剂的腐蚀性：使用的降阻剂应对接地金属无腐蚀作用。一般地，降阻剂呈弱碱性，并且降阻剂浆料在24h内应能够完全凝固。一方面，降阻剂呈弱碱性对接地体有一定的保护作用；另一方面，降阻剂如不能凝固，日久随地表水流失，浸泡在导电液浆中的电极也会加速腐蚀；相反，凝固后的降阻剂将成为金属电极的固体保护层，隔离土壤中腐蚀液体的浸入。

（3）降阻剂的稳定性：使用降阻剂后，确保降阻剂的性能不会随时间发生变化，降阻剂的导电物质不随地表水而流失，也就是说稳定性的好坏决定了降阻剂的寿命长短。

2#铁塔接地使用降阻剂后，再次测量时，其接地电阻值竟不到20Ω，满足设计要求。在使用降阻剂时，我们还应着重注意以下几方面：

①按水：降阻剂约为0.4~0.6：1.0的重量比配置，充分搅拌直至成粘糊状。密实包裹在接地极周围。

②目前，市场上降阻剂良莠不齐，一般选择经过如武汉高压研究所等权威机构试验产品，同时已结块的或失效的降阻剂不能使用。

③施工时，接地极应全部被降阻剂包围并有一定的厚度，覆盖土要用细土夯实，与土壤交界处的接地极要采取防腐措施，充分发挥降阻剂的作用，降低接地电阻。

另外在具体实践中，我们还有可能遇到这种情况：把接地体引至土壤电阻率较低的地区做接地体埋设点（一般是把接地体延伸到地势低、土壤较潮湿的地方），使接地电阻达到设计要求。同样，深层土壤电阻率较低，适当增加接地体的埋入深度，可以不考虑土壤冻结和干枯所增加电阻率的影响。这些方法实施起来直接有效，但只有在接地电阻值与设计相差不太多，施工环境也允许的情况下才采用。

3结束语

通过以上分析，我们对山区电力线路施工中采取不同措施降低接地电阻，有了比较清晰的认识。在工程建设中，应结合工程特点、土壤电阻率、土壤结构和地理环境等灵活选择，综合使用。