输电线路杆塔冲击接地电阻特性的模拟试验研究分析

1、.：.；输电线路杆塔冲击接地电阻特性的模拟实验研讨分析文摘全面系统地分析输电线路杆塔接地安装的冲击接地电阻特性对于提高电力系统平安运转可靠性起着非常重要的作用。根据类似实际采用模拟实验系统地模拟了各种要素对输电线路杆塔接地安装冲击特性的影响。实验结果阐明，冲击接地电阻随冲击电流幅值的添加而减小，随几何尺寸的添加而减小，随土壤电阻率的添加而添加。各种要素的影响规律均与火花区的构成与开展有关，具有非线性特征。本次实验研讨的土壤电阻率从100m到5103m，变化范围大，在国内外文献中没有报导。实验采用的接地安装包括了各种高压输电线路工程中常用的构造，使研讨更具有实践运用价值。关键词输电线路； 接地安

2、装； 模拟实际； 冲击接地电阻； 模拟实验分类号TM 862随着电力系统的开展，雷击输电线路引起的事故也日益增多，如何提高输电线路的耐雷程度已遭到广泛注重。统计结果阐明，改善接地是很有效的线路防雷措施1。线路杆塔接地安装的冲击接地电阻取值会影响到线路的防雷效果的计算。而2中引荐的冲击系数多数是用简单外形的半球形、程度及垂直接地体在小电流下的实验值，然后运用外插等方法得到。因此，全面系统地研讨输电线路杆塔接地安装，特别是高电阻率地域杆塔接地安装的冲击接地电阻及冲击系数是迫切需求处理的课题。华北500kV紧凑型线路以及将要建立的三峡输电线路都将经过土壤电阻率高的山区，这使得本课题更具有重要的现实意

3、义。接地安装冲击特性实验可用真型或模拟实验。二者相比，模拟实验具有比较容易改动各种相关参数的优点。国内外的研讨阐明，假设严厉按照模拟实验的类似实际来进展，其结果是比较准确的。本文采用模拟实验方法对输电线路杆塔接地安装的冲击特性进展了系统的研讨。1模拟实验原理及试品引见接地安装的冲击特性不仅与其构造尺寸、土壤电阻率、接地安装的埋深及雷电流参数等要素有关，而且频率很高的雷电流在地中流散时，电荷在空间的分布随时间的变化而变化，具有时变场的特征。到目前为止，国内外学者发表了很多关于接地体冲击特性的研讨论文310，但都是在一些假设条件下，对构造比较简单的程度接地体和垂直接地体建立简化数学模型，对接地体的

4、冲击特性进展近似的分析。文11提出了冲击接地模拟实验的原理，其关键是土壤中的冲击物理过程的模拟。文12详细推导了冲击接地的模拟比例尺。主要的模拟比例尺为1=2，E 01=E02，l1=nl2，t1=nt2，Im1=n2Im2，1=n2，RI1=RI2/n，1=2. 式中，各物理量的下标1表示真型接地安装，2表示模拟接地安装，为土壤电阻率，E 0为土壤临界击穿场强，l为长度，t为时间，Im为冲击电流幅值，为冲击电流波头时间，RI为冲击接地电阻，为冲击系数。长度模拟比例尺n与时间比例尺一样。模拟实验在重庆大学高压实验室的半球形砂池中进展。为了满足模拟实验的要求，需求减小冲击电流的波头时间，即减小冲

5、击电流发生器的电感。因此，将电容器的衔接导线改为平板，添加衔接导线的尺寸，并缩短其长度。丈量得到冲击电流的波头时间为0.040.06s，平均值为0.05s.取实践冲击电流波形为2.6/50s，那么模拟比例尺n=52.实验中用细砂来模拟土壤。用埋在砂中的电加热器加热细砂来提高土壤电阻率，加水或盐水来降低土壤电阻率，实验时砂池中土壤电阻率在1005103m范围改动。砂池的外部是直径为5m的半球形铁壳，用来作为集电极模拟无穷远处大地。冲击电流发生器的最大冲击电流为65kA。在实验过程中根据需求改动接地安装的几何尺寸及埋深，冲击电流的幅值和波头时间，以及土壤电阻率等参数。对6种接地安装进展了实验，包括

6、表1中a,b,c实践高压输电线路杆塔常用的3种接地安装，d，e,f为3种简单的程度或垂直接地体。普通接地导体的直径为1020mm，根据模拟比例尺，模拟实验时接地导体的直径取0.4mm.表1实验中采用的杆塔接地安装构造图接地安装称号接地安装外形 实践接地体尺寸阐明/ma) 铁塔接地安装 a: 4s: 810l: 050 b) 水泥杆环型接地安装 d: 2.5l: 026l0时，l2=0l=0时，l2=7 c) 水泥杆放射型接地安装 a: 1.5d: 10l: 553 d) 从一端施加冲击电流的程度接地体 l: 5100 e) 从中间施加冲击电流的程度接地体 l: 560 f) 垂直接地体 l:

7、560 2影响冲击接地电阻的主要要素2.1冲击电流幅值对冲击接地电阻的影响图1为实验中得到的冲击接地电阻与冲击电流幅值的关系曲线，其中曲线af分别表示表1中相应的接地安装。当接地安装的几何尺寸及土壤电阻率一定时，其冲击接地电阻随冲击电流幅值的添加而减小，但当冲击电流幅值到达一定值以后，冲击接地电阻减小的趋势变缓，趋于饱和。在冲击电流作用下接地体周围具有瞬变电场，当电场强度到达土壤的临界击穿场强E 0时，土壤击穿而产生火花放电，这相当于加大了构成接地安装的金属导体直径，因此冲击接地电阻随冲击电流的添加而减小。实验阐明，土壤电阻率不同，同一接地安装的冲击接地电阻随电流添加而减小所呈现的饱和趋势也不

8、一样。土壤电阻率越低，出现饱和趋势的冲击电流幅值越小。=3.127km,其中a,b,c,e和f的l=26m；d 的l=60m图1各种接地安装的冲击接地电阻与冲击电流幅值的关系曲线2.2接地安装的几何尺寸对冲击接地电阻的影响图2所示为各种接地安装在冲击电流幅值和土壤电阻率一定时，其冲击接地电阻与其几何尺寸的关系曲线。从图中可以看出，冲击接地电阻随几何尺寸的添加而减小，减小到一定值后具有饱和趋势。Im=100kA，=1.031km图2各种接地安装的冲击接地电阻与其几何尺寸的关系曲线在冲击电流的作用下，接地体可以看成是由电感、电容、电导和电阻组成的分布参数组成的电路。由于冲击电流的频率很高，很大的导

9、体感抗妨碍冲击电流向接地体的远端流动。因此，越接近入地端的接地体流散的电流就越多，这里的电流密度就越大，土壤的击穿厚度也就越大。如图3所示，沿接地体长度周围土壤中的火花区域的外形呈锥形逐渐减少。图3接地体周围构成的火花放电区域外形接地体尺寸的添加，一方面可添加接地体的散流面积，而使其冲击接地电阻减小； 另一方面，由于接地体长度的添加，感抗增大，使得散流不均匀，增长的接地体不能得到充分利用。两方面要素导致冲击接地电阻的降低具有饱和特性。这就是冲击电流作用下接地体具有一定的有效长度le.从大量的实验结果中发现，冲击电流幅值一定时，随着土壤电阻率的添加，接地体的有效长度添加。这是由于接地体接近入地端

10、流散的电流相对减少，使接地体有效长度相对添加。另外实验阐明，添加冲击电流幅值也会导致接地体有效长度的添加。2.3土壤电阻率对冲击接地电阻的影响图4所示为冲击电流幅值和接地体的几何尺寸一定时，冲击接地电阻随土壤电阻率的变化曲线。普通来说，接地体的工频接地电阻随土壤电阻率的添加而线性添加，而冲击接地电阻与土壤电阻率呈非线性关系添加，即土壤电阻率较小时，冲击接地电阻随电阻率添加而添加的速度较大，而当电阻率较大时，添加的速度减小。Im=200kA,其中a,b,c,e和f的l =26m；d 的l=60m图4各种接地安装的冲击接地电阻与土壤电阻率的关系曲线分析图中各曲线，可以看出冲击接地电阻随土壤电阻率变

11、化的曲线根本可以分成三段。当土壤电阻率小于500m时，土壤导电性较好，随着土壤电阻率的添加，冲击接地电阻添加很快，根本呈线性关系； 土壤电阻率在5003000m的范围，导电性较差，冲击接地电阻随土壤电阻率的添加而添加的速度变慢，呈非线性关系； 当土壤电阻率大于3000m时，土壤为极不良土壤，土壤的导电性很差，这时随着土壤电阻率的添加，冲击接地电阻接近线性添加，但添加的速度变慢。当土壤电阻率较小时，容易将电流流散到土壤中去，土壤电阻率的添加对接地体周围场强的影响较小，土壤的击穿厚度添加不多，使冲击接地电阻变化接近线性； 土壤电阻率在5003000m范围时，土壤的导电性能下降，只需经过击穿土壤构成

12、火花区才干将冲击电流流散出去，这使变化趋势呈非线性。大于3000m时，土壤的导电性很差，土壤电阻率添加，使接地体周围的场强添加较多，导致土壤的击穿厚度添加较多，从而减弱了土壤电阻率对冲击接地电阻的影响，并使变化趋势变得更平缓。3有关接地安装构造的选择以上分析了影响输电线路杆塔接地安装冲击接地电阻的几个主要要素。实践上，杆塔接地安装的冲击接地电阻不仅与冲击电流幅值、土壤电阻率及几何尺寸有关，而且还与接地安装的构造有关。分析不同构造接地体的实验结果，可以得出有关线路杆塔接地安装构造的结论。1) 由图1、图2和图4可见，采用单根程度接地体时，在一样的土壤电阻率和雷电流幅值的情况下，中点引流比从接地体

13、一端引流的冲击接地电阻要低，因此不宜选择单端点引流的接地安装构造。2) 由图1和图4可见，当接地安装的几何尺寸较大时，水泥杆环型接地安装的冲击接地电阻与放射型的相差不大；而由图2可见，当几何尺寸较小时，水泥杆环型接地安装的冲击接地电阻比放射型的要大得多。在实践中，往往受地形等要素的限制，接地安装的几何尺寸不太能够很大，因此，水泥杆环型接地安装由于冲击散流效果差，其冲击接地电阻比放射型的大，不宜在高土壤电阻率情况下采用。3) 表1中a和c所示的铁塔接地安装和水泥杆放射型接地安装，从塔基引出四根程度接地体，施工简单，效果较好。4) 由图2可见，接地安装的冲击接地电阻随几何尺寸的添加而降低，但当几何尺寸较大时，冲击接地电阻呈饱和趋势，因此接地体存在一定的有效长度。在实践工程中接地体的长度不应超越有效长度，否那么即使工频接地电阻下降，而冲击接地电阻并没有降低，导致线路的防雷效果不佳。4结论1) 输电线路接地安装冲击特性的好坏直接影响线路的防雷性能。按照类似实际可以系统地模拟各种要素