输电线路中杆线结构的抗风监测技术

输电线路中杆线结构的抗风监测技术

许 鹏

中工武大设计研究有限公司 湖北省 430000

摘要：近年来，我国的输电领域的发展迅速，社会与科技的高速发展大大增加了用电负荷，用电安全逐渐引起人们的重视。输电线路杆塔的接地电阻直接影响着供电系统安全，输电线路杆塔接地电阻越小，抗雷击效果越好，电路受雷击损害致使跳闸的可能性就越小，因此有效的输电线路杆塔接地状态在线监测方法就显得尤为重要。利用在线监测方法时刻监视接地电阻，发现不合格接地电阻应立刻采取应对措施，可极大地增强输电线路供电安全性；并且有效输电线路杆塔接地状态在线监测方法可准确快速检测出接地短路点，为电路抢修提供宽裕时间。

关键词：输电线路；杆线结构；抗风监测技术

引言

国内外研究表明，输电线路结构体系在可变荷载（尤其是风荷载）作用下，实际的破坏具有明显的动力特性。中国输电杆线结构设计中采用动力调整系数来考虑风荷载增大作用，其实质仍然是拟静力的分析方法。由于风压往往是一个时变量，同时导线和杆存在相互作用，杆和线在风作用下的振动具有明显的耦合效应。因此，想要准确获得输电杆在不同风速下的响应，就需要建立杆线整体模型，同时将风速转化为时变风荷载施加在杆线结构上。针对杆塔的位移、舞动提出了相应的监测方法，然而他们并未考虑导线和杆的相互作用，同时风荷载也是近似模拟，因此方法的适用性有限。

1杆塔结构优化设计的必要性

杆塔结构在电力设计中是比较重要的设计内容，对于电力的运输质量以及效益具有很大的影响，就其杆塔结构而言，它是属于超静定结构，如果其中的一个杆件被破坏，其整体结构也可能不会受到太大影响，只有当被破坏的程度达到杆塔的最大荷载时，其杆塔才会被破坏。但是传统的满应力设计方法，已经比较落后，而且不能很好地满足这一要求，因此，这就要求有关人员能够找到优化设计的方法，进一步提高其结构的整体性能，确保其结构承载能力有所提升以增加结构的稳定性与可靠性，这具有重要的意义。因此，如何确定最大承载能力就显得至关重要。就其杆塔的荷载力就有必要进行详细的分析，实际上，其荷载主要可以分为3种，即永久荷载、可变荷载以及特殊荷载，这3种荷载具有不同的特点。针对永久荷载而言，它不仅包括了杆塔的自重，还包括了导线、设备的重力以及一些预应力等。而针对可变荷载而言，它主要包括一些可变化的荷载，风荷载、人工等附加荷载等。而就特殊荷载而言，主要是特殊情况下的荷载，比如：地震荷载、不平衡张力等荷载。这些不同的荷载在杆塔结构的设计过程中都要考虑在内，这样才能保证其结构设计的优化，使得设计水平有所提高，更好地保证电网运行的效益。

2影响接地电阻的主要因素

2.1土壤电阻率高

土壤电阻率ρ取决于土壤中导电离子浓度和含水量，导电离子浓度和含水量越低，土壤电阻率越高。大多数岩石和黏土等在干燥状态下导电性能非常差，而山区的土壤中多不含无机盐类，并且在降雨量较少的地区，表层土壤相当干燥，土壤电阻率较高，岩石地区的土壤电阻率一般在2000Ω·m～5000Ω·m，杆塔接地装置的接地电阻也就居高不下。温度也是影响土壤电阻率的一个重要因素，土壤电阻率随温度的升高而下降，如多年冻土的电阻率就较高，可达未冻前的数十倍。

2.2杆塔接地装置设计不合理

在高土壤电阻率的山区，有些杆塔接地装置的设计不合理，主要是接地装置的形式选用不恰当，接地体面积过小，所选用的接地体材料不耐腐蚀，各个接地极布置不合理、相互间的屏蔽作用较显著。

2.3施工方面的原因

输电线路施工线长面广，各处土壤及地质环境又不尽相同，加上部分施工人员施工工艺水平参差不齐，并缺乏必要的监督，造成施工质量达不到设计要求的标准。施工中最常见的问题是接地装置埋深不够，特别是在山区、岩石地区等开挖较困难的地段更是如此。接地体埋得越浅，在散流时靠近地面部分的电流线受地面的影响，不能直线伸展而呈曲线状，使电流线方向发生改变，即靠近地面部分的电流线密度加大，接地体不能充分散流，因而呈现的冲击接地电阻Ri就越大；同时越靠近地表的土壤受气候的影响越容易干燥，土壤电阻率也越高，并且由于其含氧量也较高，对接地装置的腐蚀情况也较严重，这也会使冲击接地电阻偏高。另外施工中接地回填土往往达不到设计的要求，尤其在岩石地段施工时，由于取土困难，部分施工人员直接用开挖出的碎石回填，回填后又未夯实，不仅加大了接地体和土壤间的接触电阻，而且经雨水冲刷后回填土会流失，甚至造成接地体裸露于地表。

3输电线路中杆线结构的抗风监测技术

3.1设计理论体系的完善

设计理论体系的完善是未来我国输电线路杆塔结构发展趋势之一，因为时代永远是在发展的，理论知识也是不断在更新的，在如今的信息时代背景下，每天都有新的理论成果诞生，这为社会的发展做出了重要的贡献。同样在未来输电线路杆塔结构的设计方面，其有关的设计理论体系也必然在不断地进步、完善。由于目前我国输电线路杆塔结构的设计理论体系还比较落后，所以，在一定程度上还有很大的发展空间，突破原有的设计方法不断创新出新的设计理论体系，以更好地适应时代发展的要求。

3.2荷载取值

荷载取值也是未来研究的重点环节，其对于杆塔结构的稳定与安全具有重要的影响。而就目前来说，目前比较偏重于与静力风荷载有关的几个关键参数的研究。对于动力风荷载的取值，还缺乏较为深入和系统的研究。所以，对风、冰荷载组合以及与断线工况组合的取值，也需要加强研究。

3.3采用长效降阻剂

在接地体周围施加长效降阻剂是目前最常用的降低杆塔接地电阻的方法。长效降阻剂的电阻率很低，并且埋入地下长期保持湿润，即使土壤干燥，降阻剂也能保持潮湿，采用降阻剂后，相当于增大了接地导体的尺寸，从而具有很好的流散冲击电流的作用。一个接地装置的接地电阻主要由接地装置与土壤的接触电阻Rc和土壤的散流电阻RD组成。采用一般方法埋接地体时，回填土很难与接地体形成很好的接触，二者之间的接触实际上为很多个点接触，接触电阻Rc较大；采用长效降阻剂后，浆状的降阻剂不但能与接地体很好地接触，也能与土壤及岩石很好地接触，它与接地体和土壤的接触可以看作是面接触，从而可以尽可能地降低接地装置与土壤的接触电阻Rc。长效降阻剂还具有很强的渗透能力，降低了接地体周围土壤的电阻率，改善了土壤的散流性能，从而降低散流电阻RD。长效降阻剂可分为化学降阻剂、物理降阻剂、树脂降阻剂、稀土降阻剂和膨润土降阻剂等，应选用电阻率低、性能稳定、降阻性能好、不易流失、防腐能力强、无污染且施工方便的降阻剂,根据广东的气候条件和环境应用可以选择合理的化学降阻剂进行施工。

3.4新材料的应用研究

新材料的应用在很多结构设计过程中都是人们所着重考量的方面，因为材料是建设的基础，对于整体结构的性能也有很大的影响，而新材料往往更具有优势，一些性能更为突出以满足设计的要求，实现设计的优化，避免出现一些问题。而在未来，输电线路杆塔结构的设计过程中，新材料的应用也是必然的趋势，这也是基本的要求。因此，有关人员就应该加大新材料的研究力度，避免构件形式的单一，注重提高杆塔材料的强度等，同时还要多开发一些符合型的材料。

结语

经大量实验结果可知，采用本文方法可以实时准确地监测输电线路杆塔接地电阻及故障点，减少因雷击等故障导致输电线路杆塔跳闸情况，确保输电线路的正常运行。

参考文献

[1]王魁业.浅析输电线路防雷技术分析及维护措施[J].科技创新导报,2017,14(28):62+66.

[2]史玉玲.220kV高压输电线路防雷接地技术探析[J].山东工业技术,2017(17):197.

[3]余叶波.架空输电线路防雷与接地技术研究[J].科技传播,2016,8(18):225-226.