CN105098391A - 一种500kV输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法 - Google Patents

Abstract

一种500kV输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法。本发明用于估算输电线路杆塔接地体在2.6/50μs标准波型雷电流作用下的冲击接地电阻；该发明中，杆塔接地体包括由四根18米长扁钢或圆钢组成的正方形方框，该正方形方框的四根扁钢或圆钢同时将左侧或右侧向外延长，形成风车状射线，射线长度为l；其中扁钢的截面宽度大于40毫米，厚度大于或等于5毫米；当采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。本发明的有益效果是，本发明提出的方法能用于估算输电线路典型杆塔接地体在2.6/50μs雷电流作用时的冲击接地电阻，为输电线路的耐雷水平评估提供评判依据，并能用于指导输电线路典型杆塔接地体的改造，确保人员与设备安全。

Description

一种500kV输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法

技术领域

本发明涉及一种500kV输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法，该方法适用于输电线路杆塔接地装置的设计或改造，属于电力系统过电压领域。

背景技术

近年来，我国许多地区连续发生因雷击造成的大面积短路停电，其原因大多是由于输电线路杆塔接地体的冲击接地电阻过高造成的。输电线路杆塔接地体是保护电力系统安全可靠运行、保护附近人员安全的重要措施。准确评估接地体的冲击接地电阻对于合理设计线路杆塔接地体型式以及降低冲击接地电阻具有重要的指导意义。

近年来国内外学者对于接地装置的冲击接地电阻进行了大量的研究，提出各种降阻措施，如在接地极上加针刺状接地体，延长水平接地极及增加接地极数量，采用降阻模块等，但这些文献没有给出实际情况中估算接地体冲击接地电阻的方法。部分学者研究了通过模拟实验以及通过仿真研究接地体冲击接地电阻的方法，但没有给出相应的计算公式。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够确保人员与设备安全、为输电线路的耐雷水平评估提供评判依据的输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法。

本发明首先提供了一种500kV输电线路杆塔接地体，用于估算输电线路典型杆塔接地体在2.6/50μs标准波型雷电流作用下的冲击接地电阻；该典型杆塔接地体包括由四根18米长扁钢或圆钢组成的正方形方框，该正方形方框的四根扁钢或圆钢同时将左侧或右侧向外延长，形成风车状射线，射线长度为l；为了满足抗腐蚀及热稳定性要求，其中扁钢的截面宽度大于40毫米，厚度大于或等于5毫米；当采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。

一种500kV输电线路杆塔接地体，包括以下步骤：

第一步，收集被测输电线路杆塔所在地的土壤电阻率ρ及接地体射线的长度l；土壤电阻率ρ可以通过现场实测得到。

第二步，采用下式估算被测杆塔接地体的冲击接地电阻；

R＝1.1+0.009ρ+(0.02ρ-0.97)·e^bl(l≥0)

其中： $b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·\mathrm{\ρ}}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·\mathrm{\ρ}}.$

本发明的有益效果是，本发明提出的方法能用于估算输电线路典型杆塔接地体在2.6/50μs雷电流作用时的冲击接地电阻，为输电线路的耐雷水平评估提供评判依据，并能用于指导输电线路典型杆塔接地体的改造，确保人员与设备安全。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明；

图1为输电线路典型杆塔接地体结构示意图；

图2为杆塔接地体冲击接地电阻变化规律，其中每条曲线对应不同的土壤电阻率ρ；

图3为系数a与土壤电阻率ρ关系；

图4为系数b与土壤电阻率ρ关系；

图5为系数c与土壤电阻率ρ关系。

具体实施方式

图1为输电线路典型杆塔接地体，该典型杆塔接地体包括由四根18米长扁钢或圆钢组成的正方形方框；组成正方形方框的四根扁钢或圆钢同时将一侧(左侧或右侧)向外延长，形成风车状射线，射线长度为l；为了满足抗腐蚀及热稳定性要求，扁钢的截面宽度大于40毫米，厚度大于或等于5毫米，采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。

见图2-图5；本发明利用CDEGS软件对本发明的典型杆塔接地体进行建模仿真，得到2.6/50μs雷电流作用在接地体上时，接地电阻与土壤电阻率和接地体射线长度之间的函数关系，最终给出了估算输电线路典型杆塔接地体冲击接地电阻的方法。

在进行输电线路杆塔接地体设计时，常采用一些典型设计方案，其中500kV输电线路典型杆塔接地体如图1所示，该典型杆塔接地体包括由四根18米长扁钢或圆钢组成的正方形方框；为了降低冲击接地电阻，组成正方形方框的四根扁钢或圆钢同时将一侧(左侧或右侧)向外延长，形成风车状射线。为了满足抗腐蚀及热稳定性要求，扁钢的截面宽度一般大于40毫米，厚度大于或等于5毫米，采用圆钢时，圆钢直径一般大于10毫米。该典型杆塔接地体也可用于其他电压等级。

本发明中的杆塔接地体的冲击接地电阻是指输电线路杆塔接地体在2.6/50μs雷电流作用时下，产生的冲击电压幅值与雷电流幅值之比，即：

$R=\frac{u_{max}}{I_m}$

其中R为杆塔接地体的冲击接地电阻，u_max为冲击响应电压幅值，I_m为注入的2.6/50μs雷电流幅值。

在CDEGS软件中，建立如附图1所示的杆塔接地装置模型，分别改变射线长度为0m、3m、6m、12m、18m、32m、46m、57m、79m，而土壤电阻率分别设定为100Ω·m、200Ω·m、300Ω·m、400Ω·m、500Ω·m、800Ω·m、1000Ω·m、1500Ω·m、2000Ω·m、2500Ω·m、3000Ω·m，通过仿真计算得到冲击接地电阻分布如图2所示。将图2中各条曲线进行函数拟合，得到冲击接地电阻R与接地极射线长度l的函数关系为

R＝a·e^bl+c(l≥0)

式中，a、b、c为与土壤电阻率相关的系数。

冲击接地电阻与射线长度呈双指数关系，然而随着土壤电阻率的变化，系数a、b、c会发生相应的变化，因此可以认为，系数a、b、c是土壤电阻率的相关函数，根据图2中的数据，可以得到土壤电阻率与系数a的关系，如图3所示，将附图3的曲线拟合得到系数a与土壤电阻率ρ的函数关系为：

a＝0.02·ρ-0.97

同样根据图2中的数据，可以得到土壤电阻率与系数b的关系，如图4所示，将图4的曲线拟合得到系数b与土壤电阻率ρ的函数关系为：

$b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·\mathrm{\ρ}}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·\mathrm{\ρ}}$

同样根据图2中的数据，可以得到土壤电阻率与系数c的关系，如图5所示，将图5的曲线拟合得到系数c与土壤电阻率ρ的函数关系为

c＝1.1+0.009·ρ

由上文所述，典型杆塔接地装置的冲击接地电阻与土壤电阻率、射线长度的综合表达式为：

R＝1.1+0.009ρ+(0.02ρ-0.97)·e^bl(l≥0)

其中： $b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·\mathrm{\ρ}}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·\mathrm{\ρ}}$

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括以下步骤：

第一步，收集被测输电线路杆塔所在地的土壤电阻率ρ及接地体射线的长度l；

第二步，采用下式估算被测杆塔接地体的冲击接地电阻；

R＝1.1+0.009ρ+(0.02ρ-0.97)·e^bl(l≥0)

其中： $b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·\mathrm{\ρ}}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·\mathrm{\ρ}}$

上述步骤中，第一步杆塔所在地的土壤电阻率ρ可以通过现场实测得到。

下面通过实施案例，介绍现场中具体实施方式。

第一步，通过查找现场输电线路杆塔资料，得到某杆塔对应的接地体射线长度为46m：现场采用四极法测量该处的土壤电阻率为650Ω·m；

第二步，测评过本发明给出的估算公式，计算得到该杆塔接地体的冲击接地电阻为：

R＝1.1+0.009·650+(0.02·650-0.97)·e^46·b

其中： $b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·650}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·650}$

计算得到：R＝8.22(Ω)，仿真结果为R＝8.82(Ω)，相对误差为6.7％。

Claims (2)

1.一种500kV输电线路杆塔接地体，用于估算输电线路杆塔接地体在2.6/50μs标准波型雷电流作用下的冲击接地电阻；其特征在于，所述杆塔接地体包括由四根18米长扁钢或圆钢组成的正方形方框，该正方形方框的四根扁钢或圆钢同时将左侧或右侧向外延长，形成风车状射线，射线长度为l；其中扁钢的截面宽度大于40毫米，厚度大于或等于5毫米；当采用圆钢时，圆钢直径大于10毫米。

2.根据权利要求1所述的一种500kV输电线路杆塔接地体的冲击接地电阻的估算方法，其特征在于，

包括以下步骤：

第一步，收集被测输电线路杆塔接地体所在地的土壤电阻率ρ及接地体射线的长度l；

第二步，采用下式估算被测杆塔接地体的冲击接地电阻；

R＝1.1+0.009ρ+(0.02ρ-0.97)·e^bl(l≥0)

其中： $b=-0.127e^{-4.63\×{10}^{-3}\·\mathrm{\ρ}}-0.042e^{2.38\×{10}^{-5}\·\mathrm{\ρ}}.$