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输电线路杆塔冲击接地电阻特性的模拟试验研究分析

文摘全面系统地分析输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻特性对于提高电力系统安全运行可靠性起着十分重要的作用。根据相似理论采用模拟试验系统地模拟了各种因素对输电线路杆塔接地装置冲击特性的影响。试验结果表明，冲击接地电阻随冲击电流幅值的增加而减小，随几何尺寸的增加而减小，随土壤电阻率的增加而增加。各种因素的影响规律均与火花区的形成与发展有关，具有非线性特征。本次试验研究的土壤电阻率从100Ωm到5103Ωm，变化范围大，在国内外文献中没有报导。试验采用的接地装置包括了各种高压输电线路工程中常用的结构，使研究更具有实际应用价值。

关键词输电线路；接地装置；模拟理论；冲击接地电阻；模拟试验

分类号TM862

随着电力系统的发展，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水平已受到广泛重视。统计结果表明，改善接地是很有效的线路防雷措施［1］。

线路杆塔接地装置的冲击接地电阻取值会影响到线路的防雷效果的计算。而《接地规程SDJ8-79》［2］中推荐的冲击系数多数是用简单形状的半球形、水平及垂直接地体在小电流下的试验值，然后运用外插等方法得到。因此，全面系统地研究输电线路杆塔接地装置，特别是高电阻率地区杆塔接地装置的冲击接地电阻及冲击系数是迫切需要解决的课题。华北500kV紧凑型线路以及将要建设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义。

接地装置冲击特性试验可用真型或模拟试验。二者相比，模拟试验具有比较容易改变各种相关参数的优点。国内外的研究表明，如果严格按照模拟试验的相似理论来进行，其结果是比较准确的。本文采用模拟试验方法对输电线路杆塔接地装置的冲击特性进行了系统的研究。

1模拟试验原理及试品介绍

接地装置的冲击特性不仅与其结构尺寸、土壤电阻率、接地装置的埋深及雷电流参数等因素有关，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究论文［3~

10］，但都是在一些假设条件下，对结构比较简单的水平接地体和垂直接地体建立简化数学模型，对接地体的冲击特性进行近似的分析。

文［11］提出了冲击接地模拟试验的原理，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ρ1=ρ2，E01=E02，l1=nl2，

t1=nt2，Im1=n2Im2，τ1=nτ2，RI1=RI2/n，α1=α2.式中，各物理量的下标1表示真型接地装置，2表示模拟接地装置，ρ为土壤电阻率，E0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，τ为冲击电流波头时间，RI为冲击接地电阻，α为冲击系数。长度模拟比例尺n与时间比例尺相同。

模拟试验在重庆大学高压实验室的半球形砂池中进行。为了满足模拟试验的要求，需要减小冲击电流的波头时间，即减小冲击电流发生器的电感。因此，将电容器的连接导线改为平板，增加连接导线的尺寸，并缩短其长度。测量得到冲击电流的波头时间为0.04～0.06μs，平均值为0.05μs.取实际冲击电流波形为2.6/50μs，则模拟比例尺n=52.

试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，试验时砂池中土壤电阻率在100～5103Ωm范围改变。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。在试验过程中根据需要改变接地装置的几何尺寸及埋深，冲击电流的幅值和波头时间，以及土壤电阻率等参数。

对6种接地装置进行了试验，包括表1中a,b,c实际高压输电线路杆塔常用的3种接地装置，

d，e,f为3种简单的水平或垂直接地体。一般接地导体的直径为10～20mm，根据模拟比例尺，模拟试验时接地导体的直径取0.4mm.

表1试验中采用的杆塔接地装置结构图

接地装置名称

接地装置形状

实际接地体尺寸说明/m

a)铁塔接地装置a:4

s:8～10

l:0～50b)水泥杆环型接地装置d:2.5

l:0～26

l≠0时，l2=0

l=0时，l2=7c)水泥杆放射型接地装置a:1.5

d:10

l:5～53d)从一端施加冲击电流的水平接地体L_____l:5～100e)从中间施加冲击电流的水平接地体l:5