浅谈接地设计优化方案

摘要:本专题通过对角钢垂直接地极、水平环形圆钢接地装置、接地模块、铜制接地装置、降阻剂等多种接地装置的对比分析,合理的确定本工程所采用的接地型式。全线铁塔逐基接地,采用水平接地体焊成方形(或矩形),无须加装组合射线,以减少对耕地的开挖和复耕,减少青苗赔偿和造价投资水平。

关键词:接地 分析

1、工程概述

本工程为某110kV输电线路,线路沿途沿线地形均为平地,海拔高程在58～65米之间。沿线基本为农田,线路前段村庄分布较密。

可研方案路径长度20.5km,导线型号为LGJ-400/35型钢芯铝绞线,地线型号为24芯OPGW-100地线复合光缆和JLB40-100铝包钢绞线。新建杆塔数量直线塔58基,耐张塔13基,共计71基。

本工程优化后线路全长17.76千米,曲折系数1.16。导线型号采用JL/LHA1-210/220型钢芯铝绞线,地线型号采用24芯OPGW-100地线复合光缆、JLB40-100铝包钢绞线和GJ-80镀锌钢绞线。新建杆塔数量为直线塔50基,耐张塔13基,共计63基。

本工程基本气象条件为最大风速28米/秒,最低温度-20度,导线最大覆冰厚度为10毫米,地线15毫米。

2、地质概况

本工程勘区地貌单元属黄河冲积平原,沿线地形平坦开阔,相对高差小。线路沿线无不良地质现象,适宜建筑。勘察揭示深度范围内,地层岩性以第四系全新统粉土、粉质粘土和细砂为主。勘探深度内未见地下水,根据调查地下水位埋深15～18m,年变化幅度3m左右,历史最高水位约10m。地下水补给以大气降水为主,排泄以蒸发及人工抽取为主。本线路沿线地下水对混凝土结构具微腐蚀性。地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

该线路各钻孔土壤的电阻率采用四极法测量土壤电阻率,根据电极间的距离及其代表土层深度,取其平均值作为电阻率测量值,建议设计时采用校正后土壤全年最大电阻率70Ω·m。

3、接地设计原则

随着社会主义经济的飞速发展,人们对物质文化生活水平的需求日益提高,对电能质量特别是供电可靠性的要求也越来越高。架空输电线路作为电力系统输送电能的中间环节,其运行可靠性尤为重要。近年来,由于雷击而引起的停电事故也日益增多,只有有效降杆塔接地电阻和维持良好的低电阻性能,才能提高线路的耐雷水平,有效地限制雷击跳闸率。因此降低杆塔接地电阻是输电线路安全可靠运行的重要保障。

按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)、《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)及《110～750kV架空送电线路设计技术规程》(GB50545-2010)的要求,有地线的杆塔应接地。在雷季干燥时,每基杆塔不连地线的工频接地电阻不超过表1所列数值。

接地体引出线的截面不应小于50mm2并应进行热稳定验算。引出线表面应进行有效的防腐处理,如热镀锌。

4、常见的接地型式

110kV输电线路杆塔接地工程造价约占工程本体造价的5-15‰。比值波动较大,与线路的地形、地质条件和土壤电阻率有关,常用的集中接地型式主要有一下几种:

4.1 角钢垂直接地极

由杆塔通过接地引下线连接角钢接地极,垂直埋入地下。这种接地方式造价低廉,施工方便,不需大量开挖接地槽。由于用于铁塔时,铁塔四腿间距较大,四腿不易联接,因此这种接地方式多用于单根电杆或钢管杆使用。

4.2 水平环形圆钢接地装置

此种接地方式是在杆塔四周采用圆钢,辐射成圆形或矩形,并通过接地引下线与铁塔四腿相连。此种接地方式是在110kV线路中最常用的接地型式,造价低廉,施工方便,铁塔四腿的接地电阻均匀可靠。由于圆钢易腐蚀,因此运行多年以后,接地电阻降低较多,需更换接地体。并且不能用于土壤电阻率比较高的地区。

4.3 模块一般是采用石墨或其它电阻率低的材料制成的接地装置,它能有效的降低杆塔的接地电阻。但是接地模块的造价较高,每块在300元,每基塔按使用4块计,须增加造价1200元/基。因此接地模块多用与地质情况较差,土壤电阻率较高的地区。

4.4 铜制接地装置

铜具有良好的导电性和耐腐蚀性,能有效的降低接地电阻和延缓接地装置的腐蚀速度。由于铜的价值较高,输电线路又多架设在荒郊野外,因此,存在很大的被盗破坏的安全隐患。铜制接地装置多用于变电站接地体。

4.5 降阻剂

当土壤电阻率较大,接地电阻不符合要求时,可以采用降阻剂来降低土壤电阻率和接地电阻。但此种方法对环境污染较重,才工程中已经很少采用。

5、接地型式选择

根据地质报告,本线路所经地区土壤电阻率较低,无地下水,地下水对钢筋腐蚀轻微。因此,本工程接地装置推荐采用φ12圆钢围成的水平方形接地装置,埋深0.8米,接地引下线采用φ12热镀锌圆钢。

5.1 工频接地电阻计算

加装人工接地装置形式后根据DL/T621-1997利用电阻系数法所提出的计算水平敷设的接地装置的工频接地电阻(Rp)的计算公式:

经过计算可得出,杆塔的工频接地电阻Rp =2.43Ω,满足规程要求。

5.2 冲击接地电阻的计算

架空线路杆塔接地的主要目的是防雷保护,那么就不能不关心在雷电流作用下的冲击接地电阻。

单独接地体的冲击接地电阻(Rch)的计算公式:

经过计算可得出,冲击接地电阻Rch =1.944Ω。

6、结语

综合以上计算结果,本工程全线铁塔逐基接地,基于铁塔基础根开较大,为使各塔腿有较均匀的接地电阻,采用水平接地体焊成方形(或矩形),无须加装组合射线,以减少对耕地的开挖和复耕,减少青苗赔偿和造价投资水平。