一种输电线路杆塔接地装置及其设计方法和系统与流程

本发明涉及电力系统接地，尤其是一种输电线路杆塔接地装置及其设计方法和系统。

背景技术：

1、输电线路杆塔接地是泄放故障和雷电流的重要通道，是保障电力系统安全可靠运行的重要措施。随着社会经济的发展，对电力能源的需求逐渐增加，电网规模和密度越来越大。大量输电线路跨越城镇、农田、山区等各种区域。输电线路杆塔接地装置一般采用水平放射式电极结构，且随着土壤电阻率的增加，射线尺寸逐渐增加，在高土壤电阻率地区单根射线长度甚至高达上百米。然而，一些地区由于受到土地资源或地形地貌的影响，要完成大尺寸的水平放射接地极装设需要较大的财力物力，征地成本高，土地开挖难度大。

2、中国专利cn213460127u中公开了一种输电线路杆塔的塔基范围内垂直接地装置，该装置内的垂直接地极可以拼接使用；cn210074184u公开了一种深井垂直接地极。这些垂直接地极虽然解决了输电线路杆塔接地体占地面积大的问题，但在高土壤电阻率地区，为了降阻需要数十甚至上百米长的垂直电极，由于机械等条件的限制，施工难度同样较大，成本较高，有些场合难以实施。当在一些场合的接地装置不能按照常规的降阻措施进行设计和改造，其接地电阻不能满足技术规范要求时，会造成在短路故障或雷击时，塔顶电位过高，线路绝缘子串的承受电压增大，输电线路反击闪络风险增加。接地电阻超标也会引起杆塔附近的地电位升增加，跨步电压和接触电压增加，危及散流时杆塔附近的人身安全。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中输电线路杆塔接地装置单一采用水平放射电极，或者垂直电极安装成本高，接地电阻易超标使输电线路反击闪络风险增加，甚至危及人身安全的技术问题，本发明的实施例提供了一种输电线路杆塔接地装置及其设计方法和系统。

2、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种输电线路杆塔接地装置，所述接地装置包括水平方框电极，水平射线电极和垂直电极，其中，水平方框电极位于杆塔底部，边长为k；以水平方框电极的四个触点为起点，按方框对角线方向向外侧延伸布置四根水平射线电极；在每根水平射线电极的首端、末端以及间隔长为k的位置布置垂直电极。

3、可选地，在本发明上述接地装置实施例中，所述水平方框电极埋入地面的深度为0.5米至1米。

4、可选地，在本发明上述接地装置实施例中，每根垂直电极长度v等于水平方框电极的边长k。

5、可选地，在本发明上述接地装置实施例中，4根水平射线电极的长度相等，单根水平射线电极总长度l＝(n-1)*k，其中，n为单根水平射线电极上连接的垂直电极数量。

6、根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种输电线路杆塔接地装置的设计方法，所述方法包括：

7、测量待安装接地装置的输电线路杆塔四周的土壤电阻率ρ；

8、根据预先设置的土壤电阻率-接地电阻对应关系表和所述土壤电阻率ρ确定所述输电线路杆塔的接地电阻限值r0；

9、根据水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离d1，所述输电线路杆塔的基础根开d2和杆塔基础在水平方向上的最大尺寸d3确定水平方框电极的方框边长k；

10、根据所述土壤电阻率ρ、方框边长k和所述接地电阻限值r0确定每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n；

11、根据方框边长k和所述垂直电极数量n确定水平射线电极总长度l，以及垂直电极长度v。

12、可选地，在本发明上述各方法实施例中，根据水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离d1，所述输电线路杆塔的基础根开d2和杆塔基础在水平方向上的最大尺寸d3确定水平方框电极的方框边长k，其计算公式为：

13、k＝(d1+d2/2+d3/2)*2

14、式中，d1∈[dmin，dmax]，dmin和dmax分别为预先设置的水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离的下限值和上限值。

15、可选地，在本发明上述各方法实施例中，根据所述土壤电阻率ρ、方框边长k和所述接地电阻限值r0确定每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n，包括：

16、令所述输电线路杆塔的接地电阻为r，其计算公式为：

17、r＝0.2626335*k-0.9109*n0.7736*ρ

18、根据所述土壤电阻率ρ和方框边长k，计算所述接地电阻r满足r≤r0的最小n值，其中，n为自然数。

19、将所述最小n值作为每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n。

20、可选地，在本发明上述各方法实施例中，根据方框边长k和所述垂直电极数量n确定水平射线电极总长度l，以及垂直电极长度v，其计算公式为：

21、v＝k

22、l＝(n-1)*k。

23、根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种输电线路杆塔接地装置的设计系统，所述系统包括：

24、数据测量模块，用于测量待安装接地装置的输电线路杆塔四周的土壤电阻率ρ；

25、第一计算模块，用于根据预先设置的土壤电阻率-接地电阻对应关系表和所述土壤电阻率ρ确定所述输电线路杆塔的接地电阻限值r0；

26、第二计算模块，用于根据水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离d1，所述输电线路杆塔的基础根开d2和杆塔基础在水平方向上的最大尺寸d3确定水平方框电极的方框边长k；

27、第三计算模块，用于根据所述土壤电阻率ρ、方框边长k和所述接地电阻限值r0确定每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n；

28、第四计算模块，用于根据方框边长k和所述垂直电极数量n确定水平射线电极总长度l，以及垂直电极长度v。

29、可选地，在本发明上述各系统实施例中，第二计算模块根据水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离d1，所述输电线路杆塔的基础根开d2和杆塔基础在水平方向上的最大尺寸d3确定水平方框电极的方框边长k，其计算公式为：

30、k＝(d1+d2/2+d3/2)*2

31、式中，d1∈[dmin，dmax]，dmin和dmax分别为预先设置的水平方框电极与所述输电线路杆塔基础边缘外侧的距离的下限值和上限值。

32、可选地，在本发明上述各系统实施例中，第三计算模块根据所述土壤电阻率ρ、方框边长k和所述接地电阻限值r0确定每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n，包括：

33、令所述输电线路杆塔的接地电阻为r，其计算公式为：

34、r＝0.2626335*k-0.9109*n0.7736*ρ

35、根据所述土壤电阻率ρ和方框边长k，计算所述接地电阻r满足r≤r0的最小n值，其中，n为自然数。

36、将所述最小n值作为每根水平射线电极上连接的垂直电极数量n。

37、可选地，在本发明上述各系统实施例中，第四计算模块根据方框边长k和所述垂直电极数量n确定水平射线电极总长度l，以及垂直电极长度v，其计算公式为：

38、v＝k

39、l＝(n-1)*k。

40、基于本发明上述实施例提供的输电线路杆塔接地装置及其设计方法和系统通过测量输电线路杆塔四周的土壤电阻率以确定杆塔的接地电阻限值，再根据杆塔的结构参数，以及其与水平方框电极的距离确定水平方框电极的边长，最后根据水平方框电极的边长，接地电阻限值和土壤电阻率确定水平放射电极总长和垂直电极数量，从而最终确定接地装置的结构。根据本实施例所述设计方法和系统确定的输电线路杆塔接地装置的水平方框电极长度，以及水平方框电极和垂直电极的深度都不是特别大，一般机械均可施工实现，有效降低了成本，而且接地装置的水平方框电极，水平射线电极和垂直电极兼顾的结构，实现了在较小占用面积的情况下有效降低杆塔接地电阻，从而减小线路的反击闪络率，提高杆塔周围的安全性能。

41、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。