（新疆生产建设兵团第三师电力公司 新疆图木舒克市 844000）
摘要：架空线路途径山区区域地形地质条件复杂多变，土壤电阻率在200Ω～5000Ω之间，变化范围很大，针对山地地质条件和土壤电阻率的差异，并考虑到塔位的地形情况，设计了石墨接地体接地、内外方框加垂直接地极接地和碳纤维导电混凝土自然接地三种接地实施方案，经过实践，规划塔型的反击跳闸率和绕击跳闸率明显降低。
关键词：接地系统；绕击雷；反击雷；石墨接地；碳纤维导电混凝土
1 引言
输电线路防雷是整个电力系统防雷工作的重要组成部分，由于超高压线路地处旷野、地形复杂、点多线长，很容易遭受雷击。国内外统计表明，雷击是造成输电线路故障的主要原因。美国、前苏联等12国对275-500kV总长3.27×104km输电线路三年运行统计资料表明，60%的线路故障由雷击造成；在我国，运行情况表明线路的雷害事故也比较严重，500kV及其以下的输电线路雷害事故占总事故的50%左右。因此超高压输电线路由雷击引起的事故不容忽视。
雷击跳闸由反击跳闸（雷击杆塔和档中地线）和绕击跳闸组成，与标称电压等级和架空线路结构（杆型、地线根数和布置，接地电阻）等有关。在电压等级较低的线路，反击跳闸占总雷击跳闸的大部分，随着电压等级的提高，绝缘水平增强，反击跳闸的机率愈来愈小，而绕击跳闸率却随之增加。通过计算高压输电线路反击耐雷水平和绕击耐雷水平，采用不同的防雷措施。
因此根据工程的具体情况，选用合适的防雷方法，准确地评价输电线路的耐雷水平，并有针对性的采取防雷措施，能够有效地提高线路耐雷水平、降低线路雷击跳闸率，提高运行可靠性，对电网安全稳定运行具有重要意义，也具有良好的社会效益。
根据工程实践，总结了山地地址环境多变情况下的三种不同的防雷接地方式。
1.1影响绕击耐雷水平的因素分析
1.1.1保护角
在雷电下行先导下落的过程中，地面物体的表面场强不断增强，当地面某物体表面达到上行先导起始场强时，地面物体开始产生迎面上行先导。对于输电线路，导线处在避雷线下方，受避雷线一定的屏蔽作用，相比而言，避雷线比导线更容易产生迎面上行先导，更容易满足下行先导最后跃变的条件而成为雷击目的物，当下行先导离线路侧面距离足够远时，雷电将全部击中地面。只有在离开避雷线侧面一定距离范围内可能发生雷电绕击导线。
电气几何模型用暴露弧来表示导线被击中的范围，当避雷线保护角增大时，导线与避雷线的水平距离增加，暴露弧与屏蔽弧的水平距离也增加，从而增加了导线的暴露距离，绕击跳闸率也随着增加。从本工程绕击挑闸率的计算结果可以看出，保护角大小对双回路的影响明显大于单回路（计算过程略）。
图1.1 1 保护角对绕击跳闸率的影响
1.1.2地面倾角
同一条输电线路，如果它有一部分经过平原地区，也有一部分经过有山坡存在的地段，那么，一般说来，经过山坡地段的线路的绕击率将大于经过平原地区线路的绕击率，而在我国的规程法中，不能有效地定量评估出坡度对线路绕击率的影响，更无法真实反映输电线路运行情况。坡度对输电线路绕击率的影响，可以通过电气几何模型利用击距法进行分析，可以得到很好的解释，当地面倾角增大时，绕击跳闸率呈非线性上升，地面倾角小于10°时，倾角对绕击率的影响不大，地面倾角大于10°，绕击率呈倍数增加，这对线路的防雷保护很不利，因此当地面倾角较大时，建议采取减小保护角（甚至为负值），增加绝缘子片数等措施来改善（计算过程略）。
1.1.3杆塔呼称高
当塔高增加时，引雷面积将增大，绕击也会增加。在倾角为10°时绕击跳闸率随杆塔呼高的变化结果见图1.1 2可以看出杆塔高度对绕击率的影响还是较大的（计算过程略），同时从分析也可以知道，杆塔高度的增加，也将大大增加同塔双回输电线路的反击跳闸率，因此，为提高输电线路的耐雷水平，在条件允许的情况下，尽量降低杆塔的高度。
图1.1 2 杆塔呼称高对绕击的影响
1.2绕击耐雷性能特点
①、地线保护角对输电线路绕击耐雷性能的影响较大，尤其是双回路。线路的绕击跳闸率随地线保护角的增大而迅速上升。根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）并参照本文分析计算结果（计算过程略），工程规划的常规鼓型塔、树型塔、奖杯型塔的地线保护角不大于0°，门型垂直排列塔地线保护角按照-5°设计。
②、在丘陵、山区地段，受地面倾角影响，线路的绕击跳闸率会比平地线路显著上升，因此在选线时应主动避开地形陡峭的山坡，实在无法避开时，要采取必要的防雷措施。
③、线路绕击率随杆塔呼高增高而显著上升，因此，在条件允许的情况下，尽量降低杆塔的高度。
2 影响反击耐雷水平的因素
2.1.1杆塔冲击接地电阻的影响
杆塔冲击接地电阻是衡量雷电防护性能的主要指标之一，对其取值大小在标准中有明确的规定。反击计算结果表明随着冲击接地电阻的增大，输电线路跳闸率将增加，尤其是对低电阻时影响更为明显，表2.1-1为杆塔呼称高为33米时的反击跳闸率。冲击接地电阻从7 降低到5 时，总反击跳闸率下降69.7%；冲击接地电阻从10 降低到7 时，总反击跳闸率下降63.4%；冲击接地电阻从15 降低到10 时，总反击跳闸率下降44.8%；冲击接地电阻从30 降低到15 时，总反击跳闸率下降68.0%。可见降低接地电阻是降低输电线路反击跳闸率的最有效的方法之一。
图2.1 1 冲击接地电阻对反击跳闸率的影响
图2.1 2 杆塔呼称高对反击跳闸率的影响
2.1.2杆塔塔型和呼称高的影响
杆塔越高，送电线路截获的雷电越多。一方面，杆塔高度越高，引雷面积增大，着雷次数增加；另一方面，雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间增加，导致塔顶或横担电位增高，容易造成反击，导致雷击跳闸率增加。计算结果也证实了这一点。图2.1 2为杆塔不同呼称高时的反击跳闸率，杆塔高度每增加3米，跳闸率约增加了38%，因此在满足了绝缘需要的条件下，应尽量降低杆塔高度以降低反击跳闸率。
2.1.3导线上工频电压的影响
由于500kV线路工频电压较高。反击时，它在绝缘子串两端电压中已经占有相当大的比率约为10%。在反击耐雷水平计算中忽略工频电压的影响将造成较大的误差，因此必须考虑此时导线上的工频电压，而导线上的周波电压在雷击时具有很大的随机性，通过分析计算表明，不同相位角下雷击塔顶时的耐雷水平是有差别的，下图为不同相位角下单回跳闸时的耐雷水平，当相位角为240度时，输电线路的耐雷水平最低，为128.2kA，当相位角为60度时，输电线路的耐雷水平最高，为196.6kA。从上表可以看出，雷击塔顶时45.8%的概率发生在上相导线闪络，37.5%的概率发生在中相导线闪络，16.7%的概率发生在下相导线闪络。因此必须加强上相导线的绝缘强度，以提高线路的耐雷水平。
图2.1 3 不同相位下单回跳闸时的耐雷水平
2.2反击耐雷性能小结
通过上述计算和分析可知，杆塔的反击耐雷性能具有如下特点：
（1）杆塔呼高不变时、地线保护角变化时，输电线路的耐雷性能变化不大；杆塔高度增加时，输电线路反击耐雷水平随之下降。
（2）输电线路耐雷水平随接地电阻的减小而增大，反击跳闸率随接地电阻的减小而迅速减小，故减小杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平和运行可靠性的有效措施。
（3）不同相位角下雷击塔顶时的耐雷水平是有差别的，加强相导线的绝缘强度，能够有效提高线路的耐雷水平，降低反击跳闸率。
3 防雷设计措施
3.1架设避雷线；
3.2降低杆塔接地电阻；
3.3加强绝缘；
3.4装设多相自动重合闸装置；
3.5安装线路型避雷器；
3.6安装可控避雷针。
4 防雷接地-降低杆塔接地电阻方法
4.1石墨接地
石墨接地体具有耐腐蚀，降阻明显，可以利用特有的链接件进行压接而避免焊接的特点，可减少对林区的影响。石墨接地体与塔基的连接采用ф12镀锌圆钢下引线通过螺栓连接方法进行连接，替代以往的焊接方法有利于施工人员的操作，接地体互相相连接采用复合自锁式连接器连接，此连接方法有利于连接的可靠性及施工简便性。石墨接地体接地适用于土壤电阻率较高的塔位。详见下图所示：
图4.1-1 石墨接地装置图
图4.1-2 压接工艺示意图
4.2内外方框加垂直接地极接地
内外方框加垂直接地极接地的接地方式充分利用基础施工时开挖形成的基坑，在开挖好的基坑上打入直径为100mm的钢管，并在塔基内外布置两个方框，将水平方框和垂直接地极其联接起来，形成联合接地装置。内外方框加垂直接地极的接地方式取消了水平接地射线，接地开挖土石方量较小，较小了对林区的影响，适用于土壤电阻率在1500Ω以下的林区塔位。
图4.2-1内外方框加垂直接地极接地示意图
4.3、碳纤维导电混凝土自然接地
碳纤维导电混凝土自然接地在基础浇筑时，调制好普通混凝土和碳纤维导电混凝土，浇筑底部时采用普通混凝土，浇筑顶部6米时采用碳纤维导电混凝土，利用塔腿基础做为一个自然接地体实现接地。以往工程试验证明，碳纤维导线混凝土对降低接地电阻效果明显，其经济性比明显。碳纤维导电混凝土接地具有抗腐蚀性强，免于维护，减少施工环节等优点。碳纤维导电混凝土自然接地取消了接地射线和其它接地设备，对周围环境影响小，适用于土壤电阻率较小的塔位。
5 结论
全线杆塔逐基接地，并根据土壤电阻率参数的不同选择接地装置型式，在雷雨季节干燥时，每基杆塔不接地线的工频接地电阻，不大于下表规定的数值。
表5-1 杆塔接地电阻限值
本工程途径区域地形地质条件复杂多变，土壤电阻率在200Ω～5000Ω之间，变化范围很大，针对本工程地质条件和土壤电阻率的差异，并考虑到塔位的地形情况，通过采用不同的接地措施，使线路的规划塔型的反击跳闸率和绕击跳闸率明显降低，保证了电网稳定运行。
参考文献：
1、张志劲等. "超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究."《中国电机工程学报》 25.10（2005）：1-6.
2、刘平原，阮江军. 500 kV高杆塔输电线路绕击跳闸率计算[J].《 南方电网技术》，2009，3（s1）：121-125.
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4、林枝干. 110kV输电线路防雷技术研究[J]. 《城市建设理论研究》：电子版，2013（6）：229-229.
作者简介：
阮继强（1973年），男，新疆 工程师 从事电网运行及项目工程技术工作。
论文作者:阮继强,李凯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/18
标签：杆塔论文; 线路论文; 电阻论文; 导线论文; 避雷线论文; 防雷论文; 电阻率论文; 《电力设备》2017年第28期论文;