吳 田，劉 凱，黃金領(lǐng)，陳 成

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 超高壓輸電公司百色局，廣西 百色 533000；3.國(guó)網(wǎng)杭州供電公司，浙江 杭州 310009）

在架空輸電線路設(shè)計(jì)中，防雷是影響輸電線路可靠性重要因素之一［1－2］。隨著輸電線路雷電災(zāi)害防護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)和防雷工作的開展，防雷接地質(zhì)量的檢測(cè)工作成為輸電線路運(yùn)行與維護(hù)中一項(xiàng)必需的和經(jīng)常性的工作［3］。桿塔接地電阻測(cè)量是檢測(cè)線路防雷性能的重要手段。

桿塔接地電阻隨降雨、土壤含水量以及溫度等季節(jié)性因素的變化而變化，因而在測(cè)量接地電阻時(shí)，應(yīng)該考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化因素的影響，從而使接地電阻在不同季節(jié)中均能保證達(dá)到所要求的值［3－7］。但對(duì)于防雷接地裝置的接地，只考慮在雷雨季節(jié)中土壤干燥狀態(tài)的影響即可［4］。在北方地區(qū)，由于冬季極少發(fā)生雷電活動(dòng)，所以冬季一般不進(jìn)行防雷接地電阻測(cè)量工作［5－6］。但在中國(guó)南方大部分地區(qū)，雨季與旱季的更替則是影響桿塔接地電阻季節(jié)性變化的主要因素。

目前，對(duì)桿塔接地系統(tǒng)測(cè)量接地電阻時(shí)，是否考慮季節(jié)系數(shù)及其取值［3－8］還存在較大分歧。在進(jìn)行接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果季節(jié)系數(shù)取值過大，則接地系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用偏高；季節(jié)系數(shù)取值過小，則可能導(dǎo)致接地電阻較高，當(dāng)雷擊桿塔頂部或避雷線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較高的反擊過電壓。因此，筆者通過對(duì)輸電線路桿塔在不同季節(jié)的接地電阻進(jìn)行測(cè)量，探討季節(jié)系數(shù)的機(jī)理，認(rèn)清季節(jié)系數(shù)對(duì)桿塔接地電阻的影響原理，使以后在測(cè)量桿塔接地電阻時(shí)，能更準(zhǔn)確地評(píng)估輸電線路桿塔接地狀況與防雷水平。

1 桿塔接地電阻的測(cè)量

1.1 測(cè)量方法

桿塔接地電阻的測(cè)量按照標(biāo)準(zhǔn)DL/T 887－2004中的三極法［9］對(duì)桿塔的工頻接地電阻進(jìn)行測(cè)量。對(duì)不同的接地極采用不同的拉線長(zhǎng)度，如表1所示。對(duì)不同接地極的形式、地形、土壤類型的24基桿塔在不同月份的接地電阻進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量期間的降雨情況、氣溫、土壤的含水量以及土壤的電阻率進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量桿塔的基本屬性如表1所示，這些桿塔涉及到的地形有平地（水田）、坡地、山坡等。

表1 被測(cè)桿塔的基本參數(shù)Table 1 Fundamental parameters of measured towers

1.2 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理

在2009－2010年期間，對(duì)24基桿塔的接地電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行修正。收集測(cè)量線路桿塔附近的降雨信息，按照月份統(tǒng)計(jì)每個(gè)月份的降雨量。

2 測(cè)量結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)桿塔接地電阻的影響

該次測(cè)量的桿塔位于中國(guó)南方地區(qū)，氣溫都在10℃以上，因而溫度對(duì)桿塔接地電阻存在一定影響，但不如季節(jié)性降雨等因素影響明顯，桿塔接地電阻與氣溫之間的關(guān)系如圖1，2所示。土壤外界溫度發(fā)生變化時(shí)，其電阻也相應(yīng)地發(fā)生變化。在旱季，30＃桿塔接地電阻受溫度的影響趨勢(shì)很明顯，而在雨季，桿塔接地電阻受降雨的影響要遠(yuǎn)大于溫度的影響，因而桿塔接地電阻隨溫度變化不明顯。而32＃桿塔處于坡地，桿塔接地電阻受季節(jié)性降雨的影響比較明顯，由于溫度和降雨之間存在一定的相關(guān)性，因而接地電阻的變化趨勢(shì)與溫度的變化存在一定相關(guān)性。

圖1 30＃桿塔接地電阻和溫度對(duì)比Figure 1 30＃tower grounding resistance and temperature in different months

圖2 32＃桿塔接地電阻和溫度對(duì)比Figure 2 32＃tower grounding resistance and temperature in different months

2.2 降雨量對(duì)桿塔接地電阻的影響

30＃桿塔處于丘陵地帶的山坡，土壤中水分含量受降雨影響比較明顯，因而桿塔接地電阻隨降雨量的增加而減小，如圖3所示，桿塔地電阻高阻區(qū)出現(xiàn)在每年的11月到次年的1月期間，而低阻區(qū)出現(xiàn)在6月－9月期間，最大電阻為1月份的6.5Ω，最小值為6月份的3Ω，桿塔接地電阻在旱季與雨季的比值為2.2。

以2009年7月作為基點(diǎn)，7月份是一年中降雨量最大的月份，隨著降雨量的逐月遞減，32＃桿塔的接地電阻隨之增大；在一年中降雨量最小的11月到次年的2月份，桿塔接地電阻也達(dá)到了一年中的最大值；然后隨著降雨量的逐月遞增，桿塔接地電阻又隨之減小，如圖4所示。

季節(jié)性降雨量對(duì)土壤電阻率及接地電阻有較大影響。當(dāng)降雨量增加時(shí)接地電阻隨之下降，降雨量減少時(shí)接地電阻隨之上升。當(dāng)降雨量減小時(shí)，接地電阻會(huì)隨含水量的減小而增加；降雨量增加時(shí)，接地電阻隨含水量的增加而減小。當(dāng)含水量達(dá)到一定值以后，接地電阻降低的速度會(huì)趨緩，具有一定的飽和性，因而桿塔接地電阻和降雨之間具有明顯相關(guān)性。

圖3 30＃桿塔接地電阻和降雨量對(duì)比Figure 3 30＃tower grounding resistance and rainfall in different months

圖4 32＃桿塔接地電阻和降雨量對(duì)比Figure 4 32＃tower grounding resistance and rainfall in different months

3 討論

3.1 降雨和溫度等對(duì)桿塔接地電阻的影響

土壤電阻率受水分含量影響比較明顯［8，10］，表面土和沙壤土的電阻率隨水分含量的變化關(guān)系如表2所示。土壤水分含量在2%時(shí)表面土的電阻率約為含水量為10%土壤的5倍。文獻(xiàn)［8］也認(rèn)為氣象因素主要是通過影響土壤溫度、土壤含水量的途徑來(lái)影響土壤電阻率，是間接影響因素；而土壤溫度、土壤含水量是影響土壤電阻率的直接因素，其中不同深度土壤含水量是影響不同深度土壤層電阻率的最主要因素，也是最敏感因素。在水分增加到一定程度時(shí)，土壤電阻率降低呈現(xiàn)飽和趨勢(shì)，因而桿塔接地電阻受季節(jié)性降雨的影響，主要是降雨導(dǎo)致土壤含水率增加、土壤電阻率降低，而不同地形及土壤等對(duì)水分的保持特性不同，因而受季節(jié)性降雨的影響也不同。

表2 水分對(duì)土壤電阻率的影響Table 2 Influence of moisture content on soil resistivity

3.2 桿塔接地電阻的季節(jié)性變化特性

由于桿塔接地電阻測(cè)量值隨季節(jié)變化，在測(cè)量接地電阻時(shí)，應(yīng)該考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化因素的影響，從而使接地電阻在不同季節(jié)中均能保證達(dá)到所要求的值。對(duì)于防雷接地裝置的接地，只考慮在雷雨季節(jié)中土壤干燥狀態(tài)的影響即可。在雷雨季節(jié)，實(shí)測(cè)接地電阻值或土壤電阻率，要乘以接地電阻季節(jié)影響系數(shù)進(jìn)行修正，得出干燥土壤接地電阻值。由于地形對(duì)桿塔附近土壤水分的保持特性有明顯影響，坡地和平地是2種典型的地形特征，因而結(jié)合平地和坡地分析不同地形桿塔接地電阻的季節(jié)變化特性。

同處于坡地4基桿塔接地電阻在一年中具有相同的變化趨勢(shì)，在2009年3－6月份期間，4基桿塔的接地電阻隨雨季的到來(lái)而減小；2009年8－9月份期間，4基桿塔的接地電阻又開始增加，到2010年1－2月份期間，4基桿塔的接地電阻達(dá)到最大值，如圖5所示，4基桿塔的接地電阻季節(jié)影響系數(shù)如表3所示。

圖5 30＃，37＃，38＃和39＃桿塔接地電阻對(duì)比Figure 5 The grounding resistances comparison of tower 30＃，37＃ ，38＃and 39＃in different month

表3 30＃，37＃，38＃和39＃桿塔接地電阻季節(jié)影響系數(shù)Table 3 Grounding resistance season influence coefficient of tower 30＃，37＃，38＃and 39＃in different months

根據(jù)表3中4基桿塔的接地電阻季節(jié)影響系數(shù)可得出該地區(qū)坡地桿塔接地電阻季節(jié)影響系數(shù)，如表4所示。而同處于平地的46＃，47＃和48＃號(hào)3基桿塔的接地電阻在一年中具有基本相同的變化趨勢(shì)，如圖6所示；接地電阻季節(jié)系數(shù)如表5所示；綜合以上平地桿塔的數(shù)據(jù)得到桿塔的接地電阻的系數(shù)，如表6所示。

桿塔接地電阻的季節(jié)性變化不僅受季節(jié)性降雨量的影響，還與土壤保持水分的特性相關(guān)，因而平地桿塔接地電阻季節(jié)性波動(dòng)的范圍在［1，5.3］之間，坡地在［1，2.83］之間，而標(biāo)準(zhǔn)DL/621－1997中給出的干燥和潮濕土壤的修正系數(shù)分別為1.25～1.45和1.15～1.30［11］，文獻(xiàn)［12］給出了不同土壤在不同深度和潮濕狀況下的修正系數(shù)，粘土在潮濕狀況下修正系數(shù)為3。結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，現(xiàn)有的季節(jié)修正系數(shù)和南方地區(qū)桿塔接地電阻的季節(jié)性變化的差異很大，特別是在桿塔接地電阻測(cè)量中，常采用的DL/621－1997季節(jié)修正系數(shù)應(yīng)用于南方地區(qū)的輸電線路有可能導(dǎo)致桿塔接地電阻過高。

表4 坡地桿塔接地電阻季節(jié)影響系數(shù)Table 4 Season influence coefficient of tower grounding resistance in the slope

圖6 46＃，47＃和48＃號(hào)桿塔接地電阻對(duì)比Figure 6 Grounding resistances comparison of tower 46＃，47＃and 48＃in different months

表5 46＃，47＃和48＃號(hào)桿塔接地電阻季節(jié)影響系數(shù)Table 5 Season influence coefficient of tower grounding resistance at the tower 46＃，47＃and 48＃

表6 平地桿塔接地電阻季節(jié)影響系數(shù)Table 6 Season influence coefficient of tower grounding resistance in flat ground

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)桿塔接地電阻測(cè)量和分析，得出結(jié)論：

1）中國(guó)南方地區(qū)，由于溫度一般在0℃以上，溫度對(duì)桿塔接地電阻的影響相對(duì)于降雨量的影響不明顯；

2）輸電線路桿塔接地電阻出現(xiàn)季節(jié)性變化最主要的影響因素是降雨量的變化，南方地區(qū)由于存在季節(jié)性降雨和干旱，桿塔接地電阻的變化范圍在［1，5.3］之間；

3）桿塔接地電阻不僅受降雨量的影響，而且還與線路所處地形有關(guān)，平地桿塔接地電阻的變化范圍要大于坡地，約為坡地的2倍；

4）DL/621－1997中的接地電阻季節(jié)修正系數(shù)應(yīng)用于南方地區(qū)的輸電線路存在一定問題，有可能導(dǎo)致線路反擊跳閘率過高。

［1］劉平原，阮江軍.500kV高桿塔輸電線路繞擊跳閘率計(jì)算［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（S1）：121－125.LIU Ping－yuan，RUAN Jiang－jun.Calculation on shielding failure trip－out rate of 500kV transmission lines with high tower［J］.Southern Power System Technology，2009，3（S1）：121－125.

［2］厲天威，何民，盧本初，等.輸電線路桿塔接地電阻的簡(jiǎn)化計(jì)算［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（9）：170－175.LI Tian－wei，HE Min，LU Ben－chu，et al.Simplified calculation for groundingresistance of transmission tower［J］.Power System Technology，2011，35（9）：170－175.

［3］高橋健彥，常玉燕.接地電阻與季節(jié)的關(guān)系［J］.建筑電氣，1992（1）：43－46.Takahashi Takehiko，CHANG Yu－yan.Grounding resistance relationship with the season［J］.Building Electricity，1992（1）：43－46.

［4］何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007.

［5］孫為民，何金良，曾嶸，等.季節(jié)因素對(duì)發(fā)變電站接地系統(tǒng)安全性能的影響［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20（1）：16－19.SUN Wei－min，HE Jin－liang，ZENG Rong，et al.Influence of seasonal factor on safety of grounding system［J］.Proceedings of the CSEE，2000，20（1）：16－19.

［6］何金良，曾嶸，高延慶，等.冰凍季節(jié)對(duì)發(fā)變電站接地系統(tǒng)安全性能的影響［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000，40（3）：9－11.HE Jin－liang，ZENG Rong，GAO Yan－qing，et al.Influence of freezing conditions on the safety of grounding systems［J］.Journal of Tsinghua University：Science and Technology，2000，40（3）：9－11.

［7］Asimakopoulou Fani E，Tsekouras George J，Gonos Ioannis F，et al.Estimation of seasonal variation of ground resistance using Artificial Neural Networks［J］.Electric Power Systems Research，2013，94：113－121.

［8］劉靖國(guó).土壤濕度變化對(duì)線路接地電阻的影響研究［J］.華北電力技術(shù)，2009（3）：14－17.LIU Jing－guo.Influence of soil moisture variation on line grounding resistance［J］.North China Electric Power System，2009（3）：14－17.

［9］DL/T 887－2004.桿塔工頻接地電阻測(cè)量［S］.

［10］李良福.氣象因素與土壤性質(zhì)耦合效應(yīng)對(duì)土壤電導(dǎo)的影響［D］.重慶：西南大學(xué)，2010.

［11］DL/621－1997.交流電氣裝置的接地［S］.

［12］航空工業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工廠配電設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：水利電力出版社，1983.