架空输电线路接地装置的优化设计

架空输电线路接地装置的优化设计

张楚楚 王海超

内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 024000

摘要：接地装置设计的合理性对输电线路的正常运行至关重要。受气候、土壤环境复杂性影响，输电线路接地装置设计容易出现接地电阻不达标或材料用量过度浪费等问题。为此，提出了一种接地装置优化设计方法，该方法考虑了基础自然接地和人工接地的共同降阻作用，并且人工接地采用可逐级扩展的布置方案。

基于此，本文针对架空输电线路接地装置的优化设计进行了详细的分析。

关键词：接地装置；架空输电线路；接地装置；优化

中图分类号：ＴＭ８６２文献标志码：Ｂ

引言

电力网络是推动经济建设的强大动力。为了适应经济和社会发展的需要，更好地发挥其在经济运行中的作用，我国目前电力基础保障等基础设施还需要进一步巩固和提高。根据我国电力工业的现状，提高供电质量已成为一个亟待解决的问题。特别是架空输电线路塔架的设计，应注重加强塔架结构的安全性和运行的稳定性，同时要兼顾设计的经济性，不能超过投资成本的规划。因此，研究如何提高架空输电线路的运行安全性和稳定性，做好架空基础的设计和优化工作，就显得尤为重要。

1接地装置概述

接地装置是输电线路的童要组成部分，主要由接地体和接地引：Ｔ线两部分组成。接地体也称接地网，是泄导雷击电流的主要部分，当输电线路遭受雷击时，雷击电流通过接地体分散泄入大地。接地体主要由人工接地体和自然接地体两部分组成：人工接地体主要包含水平放射型接地装置、垂直放射塑接地装置、闭合环形接地装鸶等，为有效降低土壤电阻率Ｉ，通常会使用接地模块．、缓释型离子接地体等降阻材料；自然接地体是指利用基础混凝土作为天然接地体来分担部分蕾击电流ｇ接地引下线是指从杆塔接地孔至地下接地射线之间的连接线，其作用是连接杆塔自身或杆塔接地外引装置和接地体，使雷击电流能流人到接地网中.

2架空输电线路铁塔结构设计的基本原理

输变电线路铁塔结构设计的基本原则，是根据国家相关法律法规，对110~750kV架空输变电线路塔架进行优化设计，使其在尺寸、布置、长度、面积等方面达到最佳，在加强强度和稳定性方面进行设计，使之符合施工工程的地形地貌要求，达到安装灵活，结构安全可靠。对于杆塔荷载要求、结构材料形式与连接方式、钢种选择、预应力混凝土杆塔强度等问题，在设计阶段都需要认真考虑与实践。例如选择多种类型的钢材，杆塔结构用钢的质量要求不得低于B级钢，采用钢板焊接以防止拉伤等，这些都是输电线路塔结构设计时应注意的问题。

3接地装置接地优化设计

3.1自然接地体设计方案

国内传统接地装置通常采用圆钢或扁钢作为接地引下线连接地上杆塔和地下金属接地体，具体如图１这种设计方法不仅没有利用杆塔基础的Ｉｊ然接地功能，而且接地引下线还会因夕卜翥地面容易被盗窃和损坏基于此问题，本文提出以下设计改进：（Ｉ）将杆塔．雜础本体揉人地下接地系统中即入地电巯通路流鐵杆塔基础后再进人大地Ｋ２）将外顏地面的接地弓丨下线全部进行埋地设计，此时，接地系统全部材料位于地Ｔ，不容易遭到人为破坏。此设计方案既充分利用了杆塔基础的自然接地功能，又防止了接地引下线遭受破坏＊为了增加接地电流的散流效果，进一步充分刺用杆塔基础的自然接地效果ｒ齊杆塔基础内部的杆塔支撑《插入角钢）设董多个导电块，并引出多条绑扎基础钢筋笼的分支线以及２条用于连接埋地接地装董的分支导体。图２为改进接地裝董录＿，＿３为改进接地装置Ｉ和导电块内部连接读意图ａ

3.2引入防雷接地设计

在传统的输电线路角钢塔结构中，一旦其中的杆塔结构或是避雷线遭受雷击，在杆塔自身的引导下，雷击电流会流入接地装置中。由于传统的角钢塔结构应用了镀锌钢作为杆塔身的材料，影响雷击电流形成的塔顶电位的主要因素为接地装置电阻。而对于耐候钢来说，其自身所具备的抗阻性能远强于镀锌钢材料，因此，在遭受雷击后，雷击电流无法通过杆塔本身导入接地装置中。换言之，在接地电阻大小相同的情况下，雷击电流在耐候钢角钢塔结构顶部所形成的电位远远高于传统的镀锌钢结构。此时，耐候钢角钢塔结构顶部的绝缘子更容易出现雷击反击闪络现象，产生雷击故障风险的概率更高。基于这样的情况，出于对输电线路耐候钢角钢塔结构质量与运行安全性的考量，在实际的结构设计中，需要引入防雷接地措施。可以在耐候钢角钢塔结构顶部设置防雷引流线，以此达到强化角钢塔结构防雷性能的效果。

3.3接地体与金属引下线连接方案优化

柔性石墨材料较为柔软，即使是铠装石墨引下线，在受外力拖拽时也易导致与塔脚脱离连接，在受雨水冲刷时也易造成石墨流失，破坏和影响接地效果。因此，以镀锌圆钢等金属材料作为引下线与石墨接地装置在土壤中连接，仍是重要的连接方式。目前，金属引下线和柔性石墨接地体连接主要有螺栓压接和楔形压接。可将石墨缆用锌皮缠绕2~3圈，然后继续将石墨缆和镀锌钢缠绕2~3圈，使石墨材料与圆钢材料之间接触更加紧密，减少电位差，亦对镀锌钢形成阴极保护。缠绕完成后使用新型高强度非金属板材和螺栓进行压接，压接完成后使用沥青进行包裹，以限制电化学反应所需条件的形成。

3.4合适的主力杆塔类型

为保证选型与工程导向型的一致性，在杆塔选型时，应根据现场地质、水文等条件，考虑工程导线的型号。一般情况下，施工设计人员会参考现有的输电线杆塔结构，对其施工效果进行综合评价，选择合适的杆塔类型，并根据杆塔选型结果，制定相应的维护管理方案。对于新建输电线路工程，杆塔结构一般可在不同的施工区域采用不同的方法，如山区杆塔结构可根据山区地形特点，选用长短脚式杆塔配合方式；平原地区可采用钢筋混凝土杆塔；而走廊较窄的地区，杆塔可采用三角布置，便于维护和清理。

3.5塔头铰接点的设置

传输线铁塔的内力分析中，通常采用杆节作为铰接点，铰接点的结构设置可参考二铰拱或三铰拱模型。以往架空线路塔身结构设计中，多采用过渡铰钢结构，既符合受力原理，又能减少钢用量，降低塔身结构的施工成本。近几年来，随着输电线路的发展，三铰拱式塔头广泛应用于输电线路中，部分设计人员通过在杆塔中间增加水平连杆来提高杆塔结构的稳定性。

3.6杆系布置

对于杆塔的选型，应根据架空线路的走向和通路区域的地质、水文条件进行合理选择，并根据节点的结构特点和杆塔自身的作用来确定杆系布置方式。首先，导线的横担下方平面斜材布置。一般采用的是斜交式，且多采用导线横担与主材直接斜交连接，这样在承受外力载荷时也能避免变形。这样，类似的结构都可以在铰接点设置短角钢，以加强其抗纵向荷载的作用。第二部分为水平搭腿连杆布置。采用水平横梁时，需要用力学模型进行系统分析，根据横梁从静态到静态的变化过程，在搭腿结构中设置水平横梁，并通过杆塔试验，计算其误差率，确保达到杆塔结构的荷载要求。

结束语

输电线路铁塔结构及其基础设计的科学性是影响输电线路运行效率的重要因素。因此，在进行输电线路铁塔结构及其基础设计时，应从现场实际情况出发，制定科学合理的设计方案，以保证输电线路的稳定运行，从而提高电能质量，促进我国电力事业的可持续发展。

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