摘要：输电线路既是电网系统极其关键的设施，也是电网安全可靠运行的巨大动脉。统计数据分析表明，自然灾害是造成我国输电线路倒塔的首要原因。超特高压输电线路长数百公里，不可避免会经过复杂地质、地震活跃地带，由于地壳运动的发生，地沉降等因素会引起杆塔地基发生变化，对输电线路造成影响。除此之外，雷击灾害对于线路造成的损伤是十分严重的，甚至有可能引起较大规模安全事故。而输电线路杆塔的主要作用之一就是起到输电线路防雷的作用。因此，如何准确判断输电线路杆塔安全性，实时监测杆塔安全状况并做出正确应急决策也是目前亟须的技术。
关键词：输电线路；杆塔；接地电阻；在线监测
引言
新时代下，随着我国经济水平以及科技水平的不断发展，我国社会对于电能的需求量也越来越大，这就为我国的电力事业发展带来了巨大的上升空间。输电线路是电力工程中至关重要的部分，输电线路的运行稳定性直接决定了电力系统能否直接正常运行。而在输电线路运维存在故障中，雷击是一种较为常见且危害性较大的安全事故，输电线路遭受雷击会导致其线路短路，严重的还有可能引发火灾等问题。架空输电线路中杆塔接地的作用是在雷击状态下将雷电流通过杆塔导入大地，以保护设备的安全。因此，加强其杆塔接地电阻状态监测具有重要意义。
1加强输电线路杆塔防雷措施
通常情况下，输电线路的杆塔对于地面来说相对较高，所以输电线路上的工作电压幅值也相对较大。一旦出现雷雨现象，很可能在雷雨电荷的作用下，线路的杆塔顶部和线路附近的地面突起物对输电线路产生向上的迎面先导，这种情况会极大程度的使线路的屏蔽性能受到破坏，从而对线路产生严重的损害。
杆塔的接地情况对于输电线路的防雷性能也存在一定的关系，所以，在进行杆塔设计时也要考虑到接地防雷方面的因素。在雨季较长和雷击现象多发的地区，在进行杆塔设计时，设计人员要逐级测量线路杆位的土壤电阻，并根据测量获得的实际电阻率值，对杆塔进行科学设计。在进行杆塔接地设计时，接闪避雷线应采用小角度或负角度，防止雷电对设备进行绕击。此外，应选择单极深埋垂直接地的方式，这样可以使泄流容积增大。另外，在土壤电阻率比较低的区域，相关的工作人员需要全面地运用杆塔自然电阻，选取和线路彼此平行的地线手段，地线和导线的耦合效用能够在很大程度上减小绝缘子串之中的电压数值，让防控雷击问题的能力上升。
一般来说，如果土壤的电阻率相对很高，该地域就可以运用部分的降阻剂，在运用完降阻剂之后，此时的接地电阻会伴不断地减少，同时因为其pH值通常浮动在7.7～8.6区间，部分展现出了中性略偏碱的属性，由此就会对接地体产生一定的钝化维护效用，所以通常状况下不会产生侵蚀方面的问题。值得注意的是，对于部分正处在地势高低起伏，即地面不平坦的区域，其接地电阻通常都来自高等级线路的杆塔。相关的工作人员都在逐步地运用一项较为先进化的接地模块，其高效地提升了接地体的整体空间，由此就能很好地优化了接地电的最终成效。
输电线路的杆塔在架设过程中，一般距离地面的距离相对较高，这使得线路很容易在雷击的作用下发生绕击损害，所以在杆塔的顶部有针对性的设置避雷设备是必不可少的。另外，对于避雷线的机械强度和使用效果也要重视起来，不断的在实际中积累经验。所以，在输电线路的防雷工程设计过程中，如果想将雷电损害所造成的影响从根本上进行控制，必须将系统的运行方式和特高压输电线路的实际运行情况进行结合，从而确定出最佳的防雷效果设计方案，只有这样才能够使雷电所带来的损害尽可能的最小化。
2输电线路杆塔接地阻抗检测方法
2.1三极法（放线法）
三极法测试杆塔接地装置接地阻抗的方法与原理见图1。杆塔接地装置G的最大对角线长度为D，当被测杆塔接地装置有射线时，D则取最大射线长度L。电流极C与被测接地装置中心的距离dCG应为D的4～5倍，，电位极P与被试接地装置中心的距离dPG略小于dCG，电流和电位线的夹角通常为30o～45o。由于杆塔接地测试现场通常没有交流电源，且地网较小，所以测试一般采用便携式的接地阻抗测试仪。
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图1三极法测试杆塔接地装置接地阻抗
传统的三极法测量需要断开辅助接地桩至铁塔的连接，每次拆卸连接都花费人力和时间，而且放线工作量巨大，并且由于是人为放线的关系，有时人为因素导致的误差远远高于仪器误差，可高达到几十倍，并且有些地区的条件甚至无法放线，比如崎岖的山地、丛林等。
2.2回路阻抗法（免放线法）
回路阻抗法的测试方法是将被测杆塔的所有接地引下线拆除并用金属短接在一起，作为被测接地装置的测试引线。被测接地装置、接地装置杆塔、避雷线、远方多级杆塔及其接地装置和大地形成的回路中接入测试仪器，如图2，利用测试仪产生的测试电流，测得接地阻抗Z’TJ。由于远方多级杆塔接地装置的接地阻抗的并联效应，Z’TJ大于且近似于被测杆塔接地装置的接地阻抗ZTJ，这个误差在杆塔接地阻抗测试中可以接受。此方法需满足杆塔塔身与其接地装置之间没有电气连接，远方有多基杆塔并联回路，杆塔数量满足DL/T887-2004中的要求。
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图2回路阻抗法测试方法
回路阻抗法输出的最高达700mA的47/53Hz纯正弦波电流，然后用选频抗干扰技术排除50Hz及其他杂散干扰后测量，取两次结果的平均值，得到工频接地阻抗，数据可信度高，抗干扰能力强，而且仪器本身自带电源，方便野外使用，在电力行业的最新规程中得到推荐。
2.3罗氏线圈法（免拆线法）
罗氏线圈免拆线法放线要求基本和三极法一样，示意图如图3、图4，用罗氏线圈套在被测塔脚上，在距离塔远处打下电流极和电位极接地棒，具体距离根据接地网对角线长度D或射线长L决定，电位线和电流线之间的夹角为180o。其中一个塔脚上固定两个点，一个连接到仪器与电流极形成回路，一个连接到仪器来测量电位极和铁塔的电位差。当电流极注入电流后，电流经被测杆塔的四个塔脚与仪器形成回路。测试仪通过四个塔脚的罗氏线圈测出的电流进行矢量求和，得到I，再与测得的电位差U，根据欧姆定律R＝U/I，可得出杆塔接地电阻。
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图3罗氏线圈免拆线法的接线
图4罗氏线圈免拆线法的测量
3输电线路杆塔接地状态在线监测技术
随着国民经济迅速发展，建设智能电网的要求更为严格、时间更为紧迫，必须尽可能保证电力系统中各设备不受外来因素影响导致停电等事故，故在输电线路上必须安裝各种监测裝置对输电线路上的各种状态进行实时监控。
3.1输电线路杆塔接地在线监测原理
输电线路杆塔接地出现故障情况，流向输电线路杆塔接地装置短路电流形成接地电位，公式为：
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式中：Imax表示故障点接地最大短路电流；Iz表示故障点未通过接地装置流回电源时电流；Mn与R分别表示分流系数与接地电阻。
当故障电流通过接地装置经输电线路杆塔流向大地时，杆塔节点电位随着电阻的增大而升高，杆塔节点电位随着接地电阻的减小而降低。输电线路杆塔接地电位随着入地短路电流值的变化而变化。入地短路电流公式为：
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式中：Ef为故障延时系数；Ig为额定对称入地故障电流。对称接地故障电流在接地网与土壤中存在电流称为对称接地网入地电流，公式为：
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式中，If与Kf分别表示对称接地短路电流最高值和分流系数。对称入地故障电流值过高会引起输电线路杆塔接地地位过高。
输电线路杆塔接地电极形状各异，接地电阻在接地装置形状不同时修正公式为：
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式中：L与h表示接地装置总长度与埋深；d与ρ表示接地装置直径与形状系数。接地形状直接影响其接地电阻，所以为降低接地电阻，不同的输电线路杆塔应选择最优形状的接地装置。
设输电线路杆塔基础接地装置为边长等于a的六面体结构，其横截面可设定为半径为0.64a的圆形
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式中，设输电线路杆塔中电流密度ε矢量方向与横截面S垂直，那么空间中点电荷dq在随机点电位公式为：
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式中，r表示点电荷至随机点间距。当接地装置为2rL的圆柱体时，设电极存在于电介质内，该装置电流密度公式如下：
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接地电阻与埋深有一定关系，需要将地表影响考虑进计算内，通过镜像法将接地装置地面镜像设为空间中电阻率等于ρ的电流源，具体如图5所示。
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图5接地装置镜像示意图
埋深后的接地电阻公式如下：
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式中：ρ表示土壤电阻率；L与h表示接地装置的高度与埋深。
加入输定线路杆塔中降阻剂的接地装置接地电阻表示如下：
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输电线路杆塔基础通常为4个，接地电阻应考虑4个基础接地电阻并联值，接地电阻如下：
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式中，λ表示屏蔽系数。
3.2输电线路杆塔接地故障检测
在故障检测器中设定电流数值，若通过该输电线路杆塔工频接地电流比设定电流大，则故障指示器提示故障。在实际应用中若仅以电流阈值判断故障，容易出现误检导致检测结果不准确，应先研究输电线路各杆塔电流方向，故障接地电路图如图6所示。
图6中，
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当输电线路杆塔工频接地电流出现故障时，多数电流流向输电线路接地故障杆塔两侧的避雷线，少数流向故障杆塔。k取值较大时，故障杆塔电流与临近杆塔电流相比结果约等于1。
接地电流短路时，依据差动电路原理通过传感器确认输电线路故障杆塔位置，接地故障指示器工作原理见图7。
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图7接地故障指示器工作原理
避雷线电流值大小会受两侧电参数影响，两侧传感器输出信号合为幅值相同的波形，杆塔正常情况时，杆塔两侧信号为方向相反的同样大小电流。因此输入指示器大小接近零，指示器不受影响。杆塔出现故障时杆塔两侧信号为方向相同的同样大小电流，因此电流增1倍，指示器发出故障提示。
4结束语
综上所述，在电力系统的运行过程中，输电线路是重要的基础设施。在我国致力于建设电力系统的大环境下，加强对输电线路综合防雷技术和接地技术的研发强度能有效帮助我国提升电力输送的安全性能，促进电力系统的发展，为国家和人民提供强有力的电力支持。本文在研究输电线路杆塔接地阻抗检测方法的基础上，针对杆塔接地电阻状态在线监测技术进行分析，有助于促进输电线路的正常运行，促进我国电力事业的进一步发展。
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