摘要：杆塔是输电线路的重要构成，承担着很高的安全风险，一旦其被雷电击中，线路很可能会因此发生故障，进而影响到正常供电。所以，对其冲击接地电阻测量方式进行分析和研究是非常必要的，可以为现实中减轻雷击威胁提供依据，对于提升输电线路的安全程度具有明显的积极意义。本文立足现阶段的研究成果，提出了借助模拟雷击来进行接地电阻现场测量的思路。
关键词：输电线路；杆塔；冲击接地电阻；测量
1前言
作为影响供电稳定性的重要因素，杆塔在输电线路中的作用不容忽视。出于提升杆塔安全性的考虑，电力工程中就必须要正视雷击的破坏性，并借助科学手段来减轻其对杆塔的威胁。在电力对社会生产的贡献得到广泛认可的当今，围绕电力系统展开的研究也在逐渐深入，而杆塔冲击接地电阻测量研究无疑是其中的一大重点。
2输电线路杆塔冲击接地电阻测量
2.1关于雷电流
雷电并不罕见，本质上属于大规模放电现象，闪电是其造成危害的主要方式。雷电的产生根源在于空中的乌云，也正是这些带电的乌云为雷电的形成提供了条件。在静电感应的影响下，乌云与地面及建筑将形成一个巨大的静电场，一旦其强度超过大气绝缘体的承受极限，就会有放电现象出现。这个过程会伴随着闪光与爆炸声（原因是电火花导致水气被分解），产生一种电闪雷鸣的现象。严格来讲，此种放电包括两个阶段，第一个阶段是先驱放电，并未达到地面，但在进行若干次之后将会形成路径，在此基础上放电开始进入第二个阶段，即主放电，主放电将沿第一阶段形成的路径中和正、负电荷。现实中为了保护电力系统，一般都布设有防雷装置，但是，在雷电发生时，如果这些装置被击中，那么，在瞬间增大的雷电流超出装置承受极限的时候，很可能会引发设备故障，甚至是伤亡事故，造成严重后果。所以，提升接地电阻计算的准度，有助于防雷系统的科学设计，对于防雷装置的有效性有着决定性影响。
2.2数值求解的主要方法
就现阶段来讲，尽管围绕冲击接地电阻展开的研究不在少数，但大多都集中于数值计算方面以及理论分析方面，比较可行的求解方法主要包括：第一，经验公式法，依赖于相应公式。第二，模拟实验法，适用于集中接地的情况。第三，“理论分析+模型+方程”法，指的是先进行理论分析，之后建立模型，最终借助方程进行计算得出结果。此种方法相对复杂，同时模型也大多并不通用，实用性不高。第四，“测量+计算”法，指的是先通过测量获取工频接地电阻，之后将其与冲击系数相乘得出电阻值。上述四种方法均具有可行性，但只有第二种方法得出的结果源于直接测量，另外三种均属于间接法，最终结果不准确、不可靠的可能性很高。所以，现实中应积极尝试“模拟+计算”的方法，以提升测量结果的准度。此种方法的优势在于，其不仅能够实现对接地体受到雷电流影响原理的模拟，将电阻值更加真实、准确的反映出来，还能够利用计算仪器现场获取电阻值，结果误差将会比较小。
2.3理论研究
在实际进行冲击接地电阻测量的时候，必须要考虑的是：电流极和接地电极间距较大，故回路连线相对较长，再加上电阻值跨度较大（小至几欧姆，大至几百欧姆），回路电阻及电感值均会比较大，在此种条件下，要想形成幅值大、波头陡的电流波形，就必须保证电压极高，在现场做到这一点几乎是不可能的。为了保证测量的可行性，现场测量时可实行以下方案：通过幅值低、波头缓的入射电流，借助变换计算，来获取幅值大、波头陡的雷电流影响下的接地装置的电压响应，进而求出电阻值。此种方法既可以解决电压过高条件难以满足的问题，又可以达到直接测量目的，相对来讲是比较可行的。冲击接地电阻一般用Rch表示，其定义可以表示为Rch=U雷/I响应。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆若不将火花放电纳入考虑范围，接地系统实际上就等效于线性非时变系统，兼具齐次性以及叠加性特点，时间变化无法对其参数造成影响。其函数在零状态下时可以用H（s）=R（s）/E（s）来表示，在其函数表示为阻抗的时候，这个表达式可以用H（s）=U（s）/I（s）来表示。由于线性非时变系统函数在频域中具有唯一性，所以，可得出结论一：U2（s）*I1（s）=U1（s）*I2（s）。经过反拉氏变换与单位时间离散化之后，结论一可转换为：U2（n）*I1（n）=U1（n）*I2（n）。在上述分析中，I1（n）即为冲击电流，U1（n）是该冲击电流的响应电压，而I2（n）、U2（n）则分别为标准雷电流、接地电阻的响应电压，利用结论一的转换式进行计算可知，接地电阻响应电压的最大值与标准雷电流最大值的比值即为冲击接地电阻。
2.4 Matlab仿真
波头时间、峰值、波尾时间分别为12.5μs、5000A、60μs的雷电流就是通常所说的标准雷电流，将处于其影响之下的响应电压波形与幅值低、波头缓且波头时间、峰值、波尾时间分别为20μs、2A、100μs的入射电流先进行卷积变换之后作比较，绘制成图之后即可发现，处于标准雷电流影响下的响应电压波形和卷积计算之后的雷电压波形完全吻合，这足以说明卷积变换计算理论不但具有科学性，还具有可行性。
2.5数据比较与结论
为了保证结果可信，本次研究特选取了7个土壤条件不同的杆塔，并分别采用工频电阻法（即利用工频电阻仪进行测量）和“模拟+卷积计算”法进行了测量，数据比较结果整理如下：1号杆塔位于山石土壤中，地处雷区，借助两种方法测得的电阻值分别为27Ω、超量程（45Ω）；2号杆塔同样位于山石土壤中、地处雷区，借助两种方法测得的电阻值分别为9Ω、超量程（45Ω）；3号杆塔也位于山石土壤中且地处雷区，借助两种方法测得的电阻值分别为11Ω、超量程（45Ω）；4号杆塔位于水田土壤中，借助两种方法测得的电阻值分别为6.89Ω、3.1Ω；5号杆塔同样位于水田土壤中，借助两种方法测得的电阻值分别为8.6Ω、4.81Ω；6号杆塔位于水田沙石混合土壤中，借助两种方法测得的电阻值分别为4.35Ω、2.08Ω；7号杆塔也位于水田沙石混合土壤中，借助两种方法测得的电阻值分别为12Ω、3.9Ω。据此可知，4、5、6、7号杆塔采用第二种测量方法时获得的电阻值比第一种方法测得的电阻值要小，大约只相当于后者的20%至60%，比工频电阻转换系数小，这种情况与杆塔所处的土壤环境特性相吻合。1、2、3号杆塔的测量中出现了超量程的情况（电阻仪只能测量出45Ω以下的电阻值），原因在于这三个杆塔的土壤环境为山石土壤，电阻率高造成电阻大，而这也正是1、2、3号杆塔频繁出现故障的主要原因。结论与现象吻合，实际上就间接证明了计算结果的正确性，也就是说，“模拟+卷积计算” 法是科学的，测出的结果远比仪器要准确。
3结语
雷电不仅会危害建筑安全，还会对设备构成巨大威胁，引发安全问题。所以，为了提高输电线路的安全性，现实中就必须要重视防雷系统的科学设计。本文对借助“模拟+卷积计算”法进行冲击接地电阻测量的方法作了分析，希望可为此提供参照。
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论文作者:赵晓龙,武立平,李建昌,贾志义
论文发表刊物:《电力技术》2016年第9期
论文发表时间:2017/1/6
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