CN104810632A - 确定输电线路杆塔的接地装置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法和装置。该方法包括：获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；获取接地装置的装置参数；获取输电线路杆塔所在位置的土壤参数；根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及若工频电阻满足预设条件，则确定接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置。通过本发明，能够增加接地电阻计算的准确性，从而能够确定降阻效果最好的接地装置。

Description

确定输电线路杆塔的接地装置的方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统高电压技术领域，具体而言，特别涉及确定输电线路杆塔的接地装置的方法和装置。

背景技术

在输电线路运行中，由雷害引发的事故所占比重往往比较高。在我国雷电频发地区，由雷击引起的高压输电线路跳闸约占跳闸总次数的40％—70％。而在地形复杂，杆塔所在土壤电阻率较高的地区，雷击杆塔导致的输电线路事故率更高。雷击输电线路时会产生较高的雷击过电压，导致线路绝缘或设备受到破坏，进一步引发跳闸造成事故，给人民生活安全带来威胁，给社会经济带来巨大损失。

如何提高输电线路的耐雷水平已受到人们的日益重视，各国采取了许多措施，如采用不平衡绝缘、线路加强绝缘、加强耦合地线、减少线路的保护角、降低杆塔接地装置的接地电阻、线路上安装避雷器等。输电线路杆塔接地装置通过杆塔或引下线与避雷线相联，其主要作用是将直击于输电线路的雷电流引入大地，以减少雷击引起的停电和人身事故。无疑，降低杆塔接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施。

因此，在输电线路中，杆塔的防雷水平是影响线路运行可靠性的关键因素，而针对防雷保护的需要而设置的接地装置具有引导雷电流顺利流入土壤，以利于降低雷过电压的重要作用，因此可以认为“防雷在于接地”。

然而，发明人发现，目前接地装置的设计研发虽已形成国家规范在全国普及，但很多雷电灾害仍然频繁，这主要是由于在现实中主要依据通用的接地标准来确定接地装置，对于不同塔基材料、不同土壤、不同的地理环境并没有相适应的变化，由此，确定的接地装置的降阻效果并不好。尤其针对土壤电阻率较高的地区，如何因地制宜的使用、装配接地装置尚不明确，使得接地装置应有的降阻效果无法体现，甚至造成部分接地装置的误用引发事故。

针对现有技术中接地装置在实际使用时降阻效果差，容易超标，并因接地电阻超标造成雷电反击进而导致线路跳闸的问题，目前尚未提出有效的解决方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法和装置，以解决现有技术中接地装置在实际使用时降阻效果差，容易超标，并因接地电阻超标造成雷电反击进而导致线路跳闸的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法。该方法包括：获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；获取接地装置的装置参数；获取输电线路杆塔所在位置的土壤参数；根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及若工频电阻满足预设条件，则确定接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置。

进一步地，建筑参数包括塔基尺寸和导体材料。

进一步地，装置参数包括接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数。

进一步地，土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。

进一步地，在计算工频电阻之前，该方法还包括：根据接地装置的装置参数和输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容；其中，在方法中，当接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行计算工频电阻的步骤。

进一步地，根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻包括：将塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻。

进一步地，将塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻包括：在CDEGS软件的MALZ模块中，根据塔基的建筑参数和接地装置的装置参数使用SESCAD工具绘制输电线路杆塔的组合塔基模型；将塔基的建筑参数和接地装置的装置参数导入CDEGS软件的工频电阻计算模块中；将电线路杆塔所在位置的土壤参数导入CDEGS软件的土壤结构输入模块；采用工频电阻计算模块，给予接地装置初始电流激励，计算工频电阻。

依据本发明的一个方面，提供了一种确定输电线路杆塔的接地装置的装置。该装置包括：第一获取模块，用于获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；第二获取模块，用于获取接地装置的装置参数；第三获取模块，用于获取输电线路杆塔所在位置的土壤参数；计算模块，用于根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及确定模块，用于在工频电阻满足预设条件时，确定接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置。

进一步地，建筑参数包括塔基尺寸和导体材料；装置参数包括接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数；土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。

进一步地，该装置还包括：判断模块，用于在计算工频电阻之前，根据接地装置的装置参数和输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容；其中，计算模块用于当接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行计算工频电阻的步骤。

通过本发明，在确定输电线路杆塔的接地装置时，获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数、接地装置的装置参数以及输电线路杆塔所在位置的土壤参数，再根据这些参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻，最终若工频电阻满足预设条件，即可确定该接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置，否则选择新的接地装置，重新计算和确定，从而能够在确定接地装置时，将输电线路杆塔塔基、输电线路杆塔所在位置的土壤的实际情况考虑在内，使得确定的接地装置更能适应实际输电线路杆塔的塔基以及土壤情况，提高接地装置在实际使用时的降阻效果，避免出现因接地电阻超标造成雷电反击进而导致线路跳闸的情形。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是根据本发明实施例一确定输电线路杆塔的接地装置的方法流程图；

图2是根据本发明实施例二的塔基仿真效果俯视示意图；

图3是根据本发明实施例二的塔基仿真效果正视示意图；

图4是根据本发明实施例二的接地部分示意图；

图5是根据本发明实施例三确定输电线路杆塔的接地装置的装置框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。需要指出的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本发明实施例一提供了一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法，参见图1，该方法可以包括以下步骤：

步骤S102：获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数。

其中，输电线路杆塔的塔基的建筑参数包括塔基尺寸和导体材料，例如某塔基为SZ1C6正方环形混凝土式结构，共分三级阶梯，最上层阶梯尺寸0.8m×0.8m×2m，第二至三级阶梯尺寸分别为1.4m×1.4m×0.5m，2.4m×2.4m×0.3m。塔基总高2.8m，露出地表0.2m。导体材料为钢筋混凝土。

步骤S104：获取接地装置的装置参数。

其中，接地装置的装置参数包括接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数。例如某C10s型接地装置选用矩形环水平外延接地装置，埋深0.6m，其中矩形环长12.5m，宽9.5m，四条外延放射线长32m。接地体的材料为Ф10圆钢。

步骤S106：获取输电线路杆塔所在位置的土壤参数。

其中，输电线路杆塔所在位置的土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。例如下表1所示，某输电线路杆塔所在位置的土壤分层情况，植土层土壤电阻率为50Ω·m，花岗岩层为200000Ω·m。

表1 某输电线路杆塔所在位置的土壤分层情况

      

步骤S108：根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻。

步骤S110：若工频电阻满足预设条件，则确定接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置。

采用该实施例提供的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，能够在确定接地装置时，将输电线路杆塔塔基、输电线路杆塔所在位置的土壤的实际情况考虑在内，使得确定的接地装置更能适应实际输电线路杆塔的塔基以及土壤情况，提高接地装置在实际使用时的降阻效果，避免出现因接地电阻超标造成雷电反击进而导致线路跳闸的情形。

优选地，在步骤S108计算工频电阻之前，该方法还包括：根据接地装置的装置参数和输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容，例如某接地装置不允许位于土层交界处。其中，在该方法中，当接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行步骤S108以计算工频电阻的步骤。

采用该优选实施例，能够在计算工频电阻之前，将不适合输电线路杆塔的接地装置提前排除，减少计算量。

实施例二

在实施例一的基础上，本发明实施例二提供了一种优选的实施例，该实施例的确定输电线路杆塔的接地装置的方法基于CDEGS软件，将塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻。

具体地，包括以下步骤：

步骤1：采集数据，包括输电线路杆塔所在位置的土壤参数，也即地形参数、土质情况、土壤分层情况、土层厚度参数、各土层的电阻率、是否存在地下河等数据；

步骤2：在CDEGS软件的MALZ模块中，根据塔基的建筑参数和接地装置的装置参数使用SESCAD工具绘制输电杆塔的塔基，并将塔基的建筑参数和接地装置的装置参数导入工频电阻计算模块；

步骤3：将电线路杆塔所在位置的土壤参数导入CDEGS软件的土壤结构输入模块，并校验土壤情况同SESCAD工具中输入的接地装置模型是否兼容。

步骤4：在工频下，给予接地装置初始电流激励，计算其电压大小得到接地装置在土壤中的工频电阻，判断其是否符合国家标准。

步骤5：根据仿真结果，对接地装置进行设计与改造，重复步骤2-4。

基于以上步骤，以吉林市金东甲线48号塔为例，分析其土壤结构，结合其固有接地装置参数，计算其接地电阻，提出改造方案。

1.土壤结构分析

在对金东甲线48号塔进行接地电阻计算与接地装置改造过程中。首先对其土壤结构进行调研，发现其存在明显土壤分层情况。如上表1。

2.接地装置建模

(1)土壤结构

参照国家标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》，输入不同土壤层对应的土壤电阻率，其中植土层土壤电阻率为50Ω·m，花岗岩层为200000Ω·m。

(2)塔基

考虑到钢筋混凝土塔基也有一定的降阻作用，在计算接地电阻时应记及塔基的影响。金东甲线48号铁塔塔基为SZ1C6正方环形混凝土式结构，共分三级阶梯，最上层阶梯尺寸0.8m×0.8m×2m，第二至三级阶梯尺寸分别为1.4m×1.4m×0.5m，2.4m×2.4m×0.3m。塔基总高2.8m，露出地表0.2m。

通过SESCAD绘图工具将SZ1C6型塔基设计尺寸准确输入至软件中，设置导体材料为钢筋混凝土，塔基效果图如图2和图3所示。

(3)接地装置

进一步，根据初始数据输入金东甲线48号塔接地装置相关尺寸参数。金东甲线48号塔接地装置为C10s型。

C10s型接地装置选用矩形环水平外延接地装置，埋深0.6m，其中矩形环长12.5m，宽9.5m，四条外延放射线长32m。接地体的材料普遍采用Ф10圆钢。将其参数尺寸，所用材料输入至软件，组合塔基，效果图如图4所示。

输入完毕后，经计算金东甲线48号接地电阻为56.34Ω，大于测量值6.8Ω，接地电阻超标。根据仿真实验结果及实际运行情况，对金东甲线48号塔跳闸故障原因分析认为可能是由接地电阻电阻超标导致的。接地电阻主要由接地装置的电阻，接地装置与土壤的接触电阻，电流流入土壤后形成的散流电阻三部分组成。其中，散流电阻的数值远远大于接地装置自身的电阻与接触电阻，而散流电阻的高低是由土壤电阻率的大小决定的。因此，可以说土壤电阻率决定了接地电阻的大小。220KV金东甲线48号塔接地电阻偏高正是因为其土壤下层高电阻率的花岗岩土层结构造成的。

3.接地装置改造

根据仿真实验结果及实际运行情况，提出改造方案：

针对金东甲线48号塔所处土壤情况，由于其上层土壤电阻率低，下层电阻率高，采用增设垂直接地体，竖井式或深埋式接地装置会将电流导入高土壤电阻率的花岗岩结构中，无法起到降阻效果，因而需采用延长放射线长度的方法改进接地装置。如，金东甲线48号塔其土壤0.5-12.0m深存在高土壤电阻率的碎石花岗岩结构，其C10s接地装置每条放射线长32m。分别延长放射线至40m,60m,80m,100m，计算其接地电阻数值如下表2：

表2 不同放射线长度接地装置接地电阻数值

      

从表中可以看出随着放射线长度延长，接地电阻数值逐渐减小，当放射线长度达到100m时，其接地电阻减至29.80Ω＜30Ω，满足国家标准要求。采用延长放射线长度的方法可以收到一定接地电阻效果。由于金东甲线48号塔土壤存在高土壤电阻率的碎石花岗岩结构，采用接地装置降阻效果有限，也可选用添加降阻剂的方法进行降阻。

采用该实施例提供的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，能够非常精确的计算接地电阻，不论土壤结构多么复杂，均可通过计算配以降阻效果最好的接地装置，具有较高的工程实用价值。

以上是对本发明所提供的确定输电线路杆塔的接地装置的方法进行的描述。下面将对本发明提供的确定输电线路杆塔的接地装置的装置进行描述，需要说明的是，该装置可用于执行上述任意一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法。

实施例三

与本发明实施例一提供的确定输电线路杆塔的接地装置的方法相对应，本发明实施例还提供了一种确定输电线路杆塔的接地装置的装置，参见图5，该装置可以包括第一获取模块10、第二获取模块30、第三获取模块50、计算模块70以及确定模块90。

其中，第一获取模块10用于获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；第二获取模块30用于获取接地装置的装置参数；第三获取模块50用于获取输电线路杆塔所在位置的土壤参数；计算模块70用于根据塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及确定模块90用于在工频电阻满足预设条件时，确定接地装置为适合输电线路杆塔的接地装置。

优选地，建筑参数包括塔基尺寸和导体材料；装置参数包括接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数；土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。

优选地，该装置还包括：判断模块，用于在计算工频电阻之前，根据接地装置的装置参数和输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容；其中，计算模块用于当接地装置与输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行计算工频电阻的步骤。

优选地，计算模块70具体执行以下步骤：将塔基的建筑参数、接地装置的装置参数和电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算接地装置在输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻。

优选地，计算模块70进一步执行以下步骤：在CDEGS软件的MALZ模块中，根据塔基的建筑参数和接地装置的装置参数使用SESCAD工具绘制输电线路杆塔的组合塔基模型；将塔基的建筑参数和接地装置的装置参数导入CDEGS软件的工频电阻计算模块中；将电线路杆塔所在位置的土壤参数导入CDEGS软件的土壤结构输入模块；采用工频电阻计算模块，给予接地装置初始电流激励，计算工频电阻。

需要说明的是，上述装置或系统实施例属于优选实施例，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于本申请的装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，包括：

获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；

获取接地装置的装置参数；

获取所述输电线路杆塔所在位置的土壤参数；

根据所述塔基的建筑参数、所述接地装置的装置参数和所述电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算所述接地装置在所述输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及

若所述工频电阻满足预设条件，则确定所述接地装置为适合所述输电线路杆塔的接地装置。

2.根据权利要求1所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，所述建筑参数包括塔基尺寸和导体材料。

3.根据权利要求2所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，所述装置参数包括所述接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数。

4.根据权利要求3所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，所述土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。

5.根据权利要求4所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，

在计算所述工频电阻之前，所述方法还包括：根据所述接地装置的装置参数和所述输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断所述接地装置与所述输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容；

其中，在所述方法中，当所述接地装置与所述输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行计算所述工频电阻的步骤。

6.根据权利要求5所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，根据所述塔基的建筑参数、所述接地装置的装置参数和所述电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算所述接地装置在所述输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻包括：

将所述塔基的建筑参数、所述接地装置的装置参数和所述电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算所述接地装置在所述输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻。

7.根据权利要求6所述的确定输电线路杆塔的接地装置的方法，其特征在于，将所述塔基的建筑参数、所述接地装置的装置参数和所述电线路杆塔所在位置的土壤参数输入CDEGS软件，以计算所述接地装置在所述输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻包括：

在CDEGS软件的MALZ模块中，根据所述塔基的建筑参数和所述接地装置的装置参数使用SESCAD工具绘制所述输电线路杆塔的组合塔基模型；

将所述塔基的建筑参数和所述接地装置的装置参数导入CDEGS软件的工频电阻计算模块中；

将所述电线路杆塔所在位置的土壤参数导入CDEGS软件的土壤结构输入模块；

采用所述工频电阻计算模块，给予所述接地装置初始电流激励，计算所述工频电阻。

8.一种确定输电线路杆塔的接地装置的装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取输电线路杆塔的塔基的建筑参数；

第二获取模块，用于获取接地装置的装置参数；

第三获取模块，用于获取所述输电线路杆塔所在位置的土壤参数；

计算模块，用于根据所述塔基的建筑参数、所述接地装置的装置参数和所述电线路杆塔所在位置的土壤参数，计算所述接地装置在所述输电线路杆塔所在位置的土壤中的工频电阻；以及

确定模块，用于在所述工频电阻满足预设条件时，确定所述接地装置为适合所述输电线路杆塔的接地装置。

9.根据权利要求8所述的确定输电线路杆塔的接地装置的装置，其特征在于，所述建筑参数包括塔基尺寸和导体材料；所述装置参数包括所述接地装置的埋深、长宽、放射线长和接地体材料参数；所述土壤参数包括地形参数、土壤分层参数、土层厚度参数、各土层的电阻率。

10.根据权利要求9所述的确定输电线路杆塔的接地装置的装置，其特征在于，还包括：

判断模块，用于在计算所述工频电阻之前，根据所述接地装置的装置参数和所述输电线路杆塔所在位置的土壤参数判断所述接地装置与所述输电线路杆塔所在位置的土壤是否兼容；

其中，所述计算模块用于当所述接地装置与所述输电线路杆塔所在位置的土壤兼容时，执行计算所述工频电阻的步骤。