一种降低地网冲击接地电阻的装置及方法与流程

本发明属于电力系统防雷接地技术领域，具体涉及一种降低地网冲击接地电阻的装置及方法。

背景技术：

输电线路的接地装置是维护电力系统安全可靠运行、保障电气设备与运行人员安全的基本保障和重要措施。具有良好冲击特性的接地体可为输电线路提供有效的防护，从而避免因为雷击引发停电事故，对电力系统的安全运行以及供电可靠性均具有十分重要的意义。

随着我国电网的发展以及电力系统稳定性的提高，在所有电力系统故障中，由雷击引起的事故比例呈增加趋势。当雷电击中线路时，如果接地体的冲击接地电阻较高，会在线路绝缘子串两端形成较高的危险电压，这不仅给电网运行人员的人身安全带来威胁，而且会破坏电气设备，甚至造成更严重的事故。由于技术条件的制约，早期的电力系统接地设计忽略了接地体的冲击特性而只注重其工频特性。长期以来，杆塔接地体的设计依据规程《交流电气装置的接地》（DL/T 621-1997），规程中接地设计的基本原则是将工频接地电阻和冲击系数的乘积视为冲击接地电阻，以此描述雷电流作用下接地装置的冲击特性。但是，在雷电流作用下，反映杆塔接地体冲击性能的准确讲应该是冲击接地电阻，而非工频接地电阻。为了避免事故的发生，改善接地体的冲击接地特性，对接地体结构进行系统的优化设计是十分必要的。

接地装置在冲击电流的作用下，会在其周围产生瞬变电磁场，靠近接地体的土壤的电场强度如果超过土壤的临界击穿场强，则会在靠近接地导体的区域的土壤中产生火花放电，土壤被击穿。火花放电的形成使得靠近接地体的电压降大大减小，接地体的尺寸好像增加了一下，从而降低了冲击接地阻抗，这就是火花效应。

现有技术中，降低地网冲击接地电阻的方法主要有扩大接地网和采用环形集中接地方式等等。就单根水平接地体而言，增加埋设接地导体数量或长度可有效降低工频接地电阻，但当导体长度增长到一定值后（这一长度为接地体冲击有效长度），随着接地体长度的增加，其工频接地电阻仍持续降低，而冲击接地电阻则维持为一恒定值而不再继续降低，冲击接地电阻还会随附加垂直接地体的长度增加而减小，最后趋于稳定，附加垂直接地体增多，冲击接地电阻减小；但垂直接地体过多，接地体之间的屏蔽效应明显，会阻碍冲击接地电阻的减小。为此，发明一种降低地网冲击接地电阻的系统和方法对输电线路的安全稳定运行具有重要意义。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种降低地网冲击接地电阻的装置，它包括固定在杆塔底部的至少一个水平接地导体，所述水平接地导体上设置有至少一个火花刺导体，所述火花刺导体固定在所述水平接地导体的中部与所述水平接地导体的冲击电流注入点之间。

进一步地，所述火花刺导体的中部固定在所述水平接地导体上，所述火花刺导体为对称型火花刺。

进一步地，所述对称型火花刺与所述水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为所述水平接地导体的长度的10%~15%。

进一步地，所述火花刺导体的一端固定在所述水平接地导体上，所述火花刺导体与所述水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为所述水平接地导体的长度的30%~35%。

进一步地，所述火花刺导体的长度为所述水平接地导体的长度的10%~15%。

进一步地，所述火花刺导体与所述水平接地导体位于同一水平面上。

本发明的有益效果至少包括：通过在接近水平接地导体的冲击电流注入点的中前部设置火花刺导体，过流时会将注流点的电流分流很大一部分到火花刺导体上，使得火花刺导体的火花效应的等效半径变大，土壤更容易发生击穿，火花效应十分显著。同时对水平接地导体的电流分布影响很大，进而使得冲击接地电阻的阻值下降很多，降阻效果很显著。而随着火花刺导体的固定位置距离注流点的距离的增大，火花刺导体上的分流逐渐变小，使得火花效应也越来越不明显，对端部接地体电流分布的影响也变小，使得降阻效果变差，因此火花刺导体不宜固定在水平接地导体的中尾部，本发明通过在水平接地导体的靠近注流点处设置火花刺导体，降低了地网冲击接地电阻，降阻效果显著。

另一方面，本发明还提供一种降低地网冲击接地电阻的方法，包括步骤：将水平接地导体的一端固定在杆塔底部接地网上，使水平接地导体呈射线状向外延伸；在水平接地导体的中部与水平接地导体的冲击电流注入点之间安装火花刺导体；将火花刺导体的长度定为水平接地导体的长度的10%~15%。

进一步地，当火花刺导体为固定在水平接地导体一侧的单边型火花刺时，使火花刺导体与所述水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为所述水平接地导体的长度的30%~35%。

进一步地，当火花刺导体为对称固定在水平接地导体两侧的对称型火花刺时，使火花刺导体与所述水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为所述水平接地导体的长度的10%~15%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种降低地网冲击接地电阻的装置的总体结构示意图。

图2为单侧设置火花刺导体的示意图。

图3为对称设置火花刺导体的示意图。

图4为模拟实验不设火花刺导体的杆塔地网结构图。

图5为模拟实验设置火花刺导体的杆塔地网结构图。

图6为一种降低地网冲击接地电阻的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1~5所示，本发明提供了一种降低地网冲击接地电阻的装置，它包括固定在杆塔1底部的至少一个水平接地导体2，水平接地导体2上设置有至少一个火花刺导体3，火花刺导体3固定在水平接地导体2的中部与水平接地导体2的冲击电流注入点4之间。

具体地，通过在接近水平接地导体3的冲击电流注入点4的中前部设置火花刺导体3，过流时会将注流点的电流分流很大一部分到火花刺导体3上，使得火花刺导体3的火花效应的等效半径变大，土壤更容易发生击穿，火花效应十分显著。同时对水平接地导体2的电流分布影响很大，进而使得冲击接地电阻的阻值下降很多，降阻效果很显著。而随着火花刺导体3的固定位置距离注流点的距离的增大，火花刺导体3上的分流逐渐变小，使得火花效应也越来越不明显，对端部接地体电流分布的影响也变小，使得降阻效果变差，因此火花刺导体3不宜固定在水平接地导体2的中尾部，本发明通过在水平接地导体2的靠近注流点处设置火花刺导体3，降低了地网冲击接地电阻，降阻效果显著。

降低冲击接地电阻的主要部分是火花刺导体3，通过“端部效应”降低接地网的冲击接地电阻，合理设置火花刺导体3的距离、位置和个数能发挥“火花效应”以进一步降低冲击接地电阻。

作为其中一种改进，火花刺导体3的中部固定在水平接地导体2上，火花刺导体3为对称型火花刺。本实施例中，对称型火花刺与水平接地导体2的冲击电流注入点4之间的距离为水平接地导体2的长度的10%~15%。

双边对称设置的火花刺导体3的降阻效果随着固定位置与注流点的距离的增加而呈现出下降的趋势，发生这种现象的原因一般是放电过程中，接地体火花效应的分散性以及电流分布的分散性导致了各段导体上的电位分布不均匀，引起很强的局部火花效应，因此，需要适当控制对称型火花刺与注流点之间的间距。

作为其中一种实现方式，火花刺导体3的一端固定在水平接地导体2上，此时火花刺导体3为单边型火花刺，本实施例中，火花刺导体3与水平接地导体2的冲击电流注入点4之间的距离为水平接地导体2的长度的30%~35%。

其中，火花刺导体3在实施过程中可以采用为水平接地导体2的余料，通过压接件或压接环与水平接地导体2连接在一起，火花刺导体3与水平接地导体2位于同一水平面上。

进一步地，火花刺导体3的长度为水平接地导体2的长度的10%~15%，本实施例中，优选为12%长度的固定点。

本实施例中，如图4和5所示，以直径为28mm的石墨基柔性接地体和石墨火花刺为例，通过CDEGS仿真软件迭代计算其冲击接地电阻，阐述石墨火花刺的降阻效果。其中，数值计算采用典型220kV输电线路铁塔接地网，敷设方式为方框带射线，方框边长为10m，四角射线外延12m，埋深0.8m，沿边框四角注流，如图4所示。建立的仿真模型选用在一个注流极与外延射线双边对称添加火花刺导体的方式，如图5所示。图4中，a为杆塔地网，b为注流点，图5中，a为杆塔地网，b为注流点，c为新增的双边对称石墨火花刺。为了验证双边对称添加L=10m长的火花刺的降阻效果，雷电流的幅值选用50kA，而波形采用2.6/50μs的标准雷电流波形，土壤设为均匀土壤层，其电阻率设为500Ω·m，杆塔地网选用Φ28mm柔性石墨复合地材料。

通过利用CDEGS软件中的HIFREQ高频模块，可以计算不同频率下单位激励所产生的阻抗，即为该激励下冲击阻抗频域值。采用考虑冲击火花效应下的等效半径迭代算法对各个输电杆塔仿真模型的冲击接地电阻进行相应的计算，依据图4计算出的杆塔冲击接地电阻为43.05Ω，而依据图5计算出的杆塔冲击接地电阻为41.69Ω，有一定降阻效果。杆塔的火花效应的程度随着土壤电阻率的增加而呈现下降的趋势，在低土壤电阻率情况下，添加短接地导体在考虑火花效应影响时，对于杆塔的电位的降低比相同情况下的高土壤电阻率的效果要好。

另一方面，如图6所示，本发明还提供一种降低地网冲击接地电阻的方法，适宜于使用前述装置，该方法具体包括以下步骤：S1：将水平接地导体的一端固定在杆塔底部接地网上，使水平接地导体呈射线状向外延伸；S2：在水平接地导体的中部与水平接地导体的冲击电流注入点之间安装火花刺导体；S3：将火花刺导体的长度定为水平接地导体的长度的10%~15%。

进一步地，当火花刺导体为固定在水平接地导体一侧的单边型火花刺时，上述方法还包括：使火花刺导体与水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为水平接地导体的长度的30%~35%。

进一步地，当火花刺导体为对称固定在水平接地导体两侧的对称型火花刺时，上述方法还包括：使火花刺导体与水平接地导体的冲击电流注入点之间的距离为水平接地导体的长度的10%~15%，本实施例中，优选为12%长度的固定点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。