CN105929241A - 一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，本发明通过测量杆塔周围土壤电阻率反演土壤的分层情况，利用CDEGS软件，通过大量的计算来确定柔性石墨垂直接地极在杆塔接地网中的分布，建立三维立体输电线路杆塔接地网模型，实现杆塔接地网差异化设计，最大程度上降低地网的冲击接地电阻。本发明根据不同的地形条件，对每基杆塔进行三维立体接地网设计，最大程度上降低冲击接地电阻，为电力部门的杆塔接地网改造提供参考，而且该方法对各种电压等级的杆塔均适用。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，属于电力系统防雷接地技术领域。
背景技术
近年来随着现代电力系统的持续发展，架空线路长度不断扩大，且暴露在旷野，很容易受到雷击，从统计情况看，在我国电网故障分类统计中，雷击导致的跳闸次数约占高压线路运行总跳闸次数的40%～70%，特别是在多雷，土壤电阻率高，地形复杂的地区，雷击线路而引起的事故率更加高。在输电线路中，杆塔的接地是输电线路防治雷击跳闸的重要手段，可靠的接地能够提高线路防雷水平，有效的保证电力系统的安全稳定运行。因此降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、降低线路雷击跳闸率的重要举措。目前常输电线路杆塔接地网降阻主要采用采取水平外延接地体、接地模块、施加降阻剂、采用离子接地棒等方式。
水平外延接地体是目前杆塔降阻措施中最常用的一种措施。该方法施工简单，但要求杆塔周围有足够的空间去延长水平接地极，有时会带来征地赔偿。而且在以往运行过程中，水平长度的增加，提高了电感，且在达到一定长度后，会出现接地电阻不再降低的现象。一味地延长水平接地体，不仅难以降低冲击接地电阻，而且会造成资源的浪费。采用接地模块降低了接地体与周围土壤间的接触电阻，增大了接地体本身的散流面积，进而达到降阻的效果。但接地模块降低的是工频接地电阻，对冲击接地电阻的影响不大。降阻剂可以降低接地体周围土壤的电阻率，在短期内能起到较好的降阻效果，但会随着雨水冲刷和土壤中水位的变化而失去作用，降阻稳定性较差，并且使用某些降阻剂会加速金属接地网的腐蚀。离子接地棒铜管内的无机盐晶体靠吸收外界的水分而离解成导电的电解液，导电的离子逐步进入周围土壤中，降低了土壤电阻率。但离子接地棒的寿命较短，需要经常性的向铜管内补充无机盐，运行维护费用高。
通过对比可知，现有的降阻方式存在资源浪费、降阻稳定性差等问题，难以有效降低杆塔接地网的冲击接地电阻。因此提出一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法对提高线路的耐雷水平、降低线路的雷击跳闸率具有重要意义。
发明内容
针对现有降阻技术存在的不足，本发明提供了一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，通过大量的计算来确定柔性石墨垂直接地极在杆塔接地网中的分布，最大程度上降低冲击接地电阻。
本发明的技术方案是，一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，通过测量杆塔周围土壤电阻率反演土壤的分层情况，利用CDEGS软件，通过大量的计算来确定柔性石墨垂直接地极在杆塔接地网中的分布，建立三维立体输电线路杆塔接地网模型，实现杆塔接地网差异化设计，最大程度上降低地网的冲击接地电阻。
所述方法的步骤为：
（1）土壤电阻率测量和土壤分层反演；
（2）计算确定柔性石墨垂直接地极在接地网中的分布；
（3）建立三维立体接地网模型；
（4）最大程度降低冲击接地电阻。
所述土壤电阻率反演是对四极法所测土壤电阻率的多组数据进行反演，得到更接近真实值的土壤电阻率。
所述三维立体接地网是水平接地网与垂直接地极相结合构成的三维立体接地装置。
所述差异化设计是根据不同的地形条件，依据基杆塔所在位置的土壤分层情况和土壤电阻率的不同，对每基杆塔分别进行接地网设计，以最大程度上降低冲击接地电阻。
所述柔性石墨垂直接地极利用石墨基柔性接地材料制成，能有效防腐且降低冲击接地电阻。
本发明方法适用于山区施工场地受到限制，无法通过延长水平接地体降低冲击接地电阻的杆塔接地网设计。
本发明的有益效果是，本发明根据不同的地形条件，对每基杆塔进行三维立体接地网设计，最大程度上降低冲击接地电阻，为电力部门的杆塔接地网改造提供参考，而且该方法对各种电压等级的杆塔均适用。
附图说明
图1为本发明的实施方式流程图；
图2为土壤的分层情况示意图；
图3为不使用柔性石墨垂直接地极的接地网示意图；
图4为采用柔性石墨垂直接地极时的三维立体接地网示意图；
图5为土壤电阻率测量示意图；
其中：图4中，1为柔性石墨垂直接地极；2为柔性石墨方框接地体；3为柔性石墨射线接地体。
具体实施方式
图1为本发明具体实施方式的流程图，从中可以看出来发明的实施过程主要分4个步骤：
（1）土壤电阻率测量和土壤分层反演；
（2）计算确定柔性石墨垂直接地极在接地网中的分布；
（3）建立三维立体接地网模型；
（4）最大程度降低冲击接地电阻。
下面以某杆塔的接地网设计作为一个实施例。
假定该杆塔所处地形为图2所示土壤分层情况，其中上层土壤深度为2m，土壤电阻率为1000Ω·m，下层土壤深度为无穷大，土壤电阻率为100Ω·m。
图3为输电线路杆塔接地网常用的接地网形式，不使用柔性石墨垂直接地极。其中方框边长为10m，四角射线长度为30m，埋深为0.8m。
图4为本发明设计的三维立体接地网，采用柔性石墨垂直接地极。其中方框边长为10m，四角射线长度为20m，垂直接地极长度为5m，埋深为0.8m。该地网材料用量和图3所示地网相同。
两种地网的接地材料均采用柔性石墨接地材料，该材料电阻率为3.25×10-5Ω·m，相对磁导率为1。利用CDEGS对图3和图4所示接地网进行冲击接地电阻计算，冲击接地电流波形参数设置为2.6/50μs，峰值为50kA。
计算得到图3所示地网的冲击接地电阻R 1=28.74Ω，图4所示地网的冲击接地电阻R 2=14.60，结果表明使用本发明设计的地网，冲击接地电阻显著减小，约减少了49.16%。因此在实际接地网设计中应尽量使用柔性石墨垂直接地极，而不是一味地采用伸长接地体的方式。采用本发明的方法既可以防止接地网的腐蚀，又可以降低冲击接地电阻。
本实施例采用四极法测量土壤电阻率ρ。
如图5所示，土壤电阻率的测量步骤如下：
（1）四根极棒布设在一条直线上，极棒的间距相等为a；
（2）极棒与仪表上接线端子的连接顺序不能颠倒；
（3）各极棒的打入地下深度b不应超过极棒间距a的1/20；
（4）为避免地下埋设的金属物对测量造成的干扰，在了解地下金属物位置的情况下，可将接地棒排列方向与地下金属物（管道）走向呈垂直状态。
测量中通过改变极距a，得到多组（至少5组）视在电阻值R，测量结束后，将测量得到的多组数据导入国际著名软件包CDEGS中进行计算，利用CDEGS中的RESAP模块进行土壤电阻率反演，进而得到土壤的分层情况和每层土壤的电阻率。
Claims (6)
1.一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述方法在山区施工场地受到限制的地区，对杆塔接地网进行差异化设计，利用柔性石墨垂直接地极与柔性石墨水平接地体配合，构成三维立体接地网，进而降低输电线路杆塔接地网的冲击接地电阻；
所述方法的步骤为：
（1）土壤电阻率测量和土壤分层反演；
（2）计算确定柔性石墨垂直接地极在接地网中的分布；
（3）建立三维立体接地网模型；
（4）最大程度降低冲击接地电阻。
2.根据权利要求1所述一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述土壤电阻率反演是对四极法所测土壤电阻率的多组数据进行反演，得到更接近真实值的土壤电阻率。
3.根据权利要求1所述一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述三维立体接地网是水平接地网与垂直接地极相结合构成的三维立体接地装置。
4.根据权利要求1所述一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述柔性石墨垂直接地极利用石墨基柔性接地材料制成，能有效防腐且降低冲击接地电阻。
5.根据权利要求1所述一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述对杆塔接地网进行差异化设计，依据基杆塔所在位置的土壤分层情况和土壤电阻率的不同，对每基杆的接地网分别进行设计，确定所用柔性石墨垂直接地极的长度和两个垂直接地极之间的距离。
6.根据权利要求1所述一种降低杆塔接地网冲击接地电阻的地网设计方法，其特征在于，所述方法适用于山区施工场地受到限制，无法通过延长水平接地体降低冲击接地电阻的杆塔接地网设计。
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