750kV雙回輸電線路架空地線 接地方式分析研究

李燕軍 孟令增 王東育 劉 青

（1.陜西省電力公司銅川供電公司，陜西 銅川 727031；2.西安科技大學，西安 710054）

1 架空地線的接地方式

目前我國高壓和特高壓輸電線路的架空地線大多由普通架空地線和OPGW（optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）光纜共同組成。OPGW不僅具有輸電導線架空地線的防雷作用，還兼具了光纖系統的通信功能[1-3]。OPGW 的結構圖如圖1所示。同普通地線的接地方式一樣，OPGW 也存在著逐塔接地、分段絕緣單點接地和全線絕緣三種方 式[4-5]。

經過長期的探索和借鑒國外的先進經驗，目前國內主要存在以下4 種可能的架空地線運行方式[6-7]。

1）普通架空地線分段絕緣、單點接地而OPGW逐塔接地。

圖1 OPGW 的結構圖

2）普通架空地線和OPGW 均分段絕緣、單點接地。這種接地方式可以通過引入串有放電間隙的耐張金具等特殊元件來實現，在正常的運行情況下，放電間隙應能承受一定的感應電壓而不被擊穿。

3）普通架空地線和OPGW 均逐塔接地。

4）普通架空地線分段絕緣，而OPGW 全線絕緣。這種接地方式工程上較難實現。

本文以某750kV 輸電線路為例，比較架空地線采用上述四種接地方式時地線的感應電壓、電流，以及架空地線不同的分段長度對感應值的影響規律。

2 計算模型及參數設置

為了比較幾種不同的接地方式，本文選取某典型的750kV 線路，分析各種接地方式下，正常情況的感應電流，感應電壓以及單相短路情況下地線的感應電流。750kV 桿塔為SZ102 型桿塔，絕緣子為合成絕緣子，串長8.368m。導線弧垂12.24m。桿塔尺寸參數如圖2所示。

圖2 桿塔尺寸圖

導線采用6×LGJ-500/45 鋼芯鋁絞線，直流電阻0.05912Ω/km，外徑30mm。分裂導線根數為6根，分裂間距40cm。避雷線的型號為GJ70，直流電阻為2.315 Ω/km，計算半徑為10.5mm。避雷線的弧垂取為架空線弧垂的0.75 倍，即9.18m。土壤電阻率取為100 Ω·m。輸電線路換位方式如圖3所示，線路首端母線三相電壓為末端母線三相電壓為0.9840p.u.。線路全長210km，首端45.56km 為同塔雙回線路，其余164.64km 為不同桿線路。本文中改變同塔雙回路線路的地線接地方式進行分析計算。

采用ATP 仿真軟件中的Line constant 子程序（LCC）計算線路的電阻、電感和電容矩陣。用時控開關和阻值很小的電阻串聯來模擬地線的接地情況，開關閉合表示地線在此處接地，開關打開表示地線在此處對地絕緣。

圖3 輸電線路換位方式

3 正常運行時感應電流、感應電壓的分析

正常運行狀態下，高壓及特高壓輸電線路的架空地線上會感應出電動勢和環路電流，其值的大小由于架空地線接線方式的不同而存在著很大的差異。在地線上產生感應電壓的原因有兩個：一方面是由于導線之間、導線和地線之間以及地線和地線之間存在分布電容，電容的耦合作用會感應出電壓；另一方面，由于導線布置的空間位置不可能完全對稱，所以導線周圍的電磁場也不平衡，因此存在電磁感應，進而在地線中產生了感應電壓。如果地線是逐塔接地的，感應電流經地線、桿塔和大地形成回路，如圖4所示，就會由于存在較大的環路電流而造成大量的電能損耗。

圖4 地線逐塔接地時產生的環路電流

為了表述方便，將上文提到的四種地線接地方式分別稱為方式1、方式2、方式3 和方式4。表1和表2是四種方式下，地線上的感應電壓和感應電流的計算結果。

表1 四種方式下地線的感應電壓/V

表2 四種方式下地線的感應電流/A

由方式1 的計算結果可見，普通地線上會出現很大的感應電壓，當分段長度為40km 時感應電壓達到1.585kV，由于OPGW 逐塔接地，所以其上電位幾乎為零。這是因為兩地線的接地方式不同，導致導線周圍的電磁場的不平衡度增加，在未均勻換位的情況下，磁場將在地線上感應出較大的電動勢。OPGW 與桿塔、大地形成了閉合的電流通路，出現較大的環路電流。普通地線上電流很小，主要是相間電容耦合產生的。

由方式2 的計算結果可見，在兩條地線均采用單點接地的運行方式下，將產生很高的感應電壓，達到數千伏，隨著線路分段長度的增加，感應電壓增大。由于兩條地線一端接地，一端通過帶放電間隙的絕緣子與大地絕緣，不會構成電流流通的閉合回路，故只有很小的有容性電流。單點接地的接地方式下運行，地線的電能損耗幾乎為零。

由方式3 的計算結果可見，當采用兩條地線均逐塔接地的接地方式時，由于兩條地線均接地，且接地的桿塔、大地的阻值均較小，所以兩條地線的電動勢均接近于零電位。在這種接地方式下，由于存在很大的感應電流，所以電能損耗很大。

由方式4 的計算結果可見，當采用普通地線單點接地，OPGW 全線絕緣接地方式時，OPGW 中將感應出非常高的感應電壓，達到數百千伏。這是由于采用全線絕緣方式的感應電壓與導線周圍電磁場的平衡度密切相關，一旦電磁場的平衡度被打破感應電壓就會達到極高的水平。由于該接線方式下不存在閉合的回路，地線的電能損耗接近于零。

4 單相接地故障時地線的感應電壓、感應電流分析

輸電線路發生單相短路等故障時會產生很大的短路電流，導線周圍的電磁場嚴重不平衡，地線上將感應出電壓，以下計算四種接地方式下，輸電線路發生單相接地故障時，地線上出現的感應電流、感應電壓，計算結果見表3、表4。短路故障條件為：A 相短路接地，故障點距線路首端2km 處，計算所得的短路電流為14.546kA（幅值）。

表3 單相故障時地線的感應電壓/V

表4 單相故障時地線的感應電流/A

由計算結果可知，當輸電線路發生單相接地故障時，導線中的短路電流會在單點接地、分段絕緣和全絕緣的地線上產生高達近百千伏的感應電壓，可能使地線絕緣端放電間隙擊穿。短路電流會使逐塔接地的地線中產生接近10kA 的環路電流，由于地線通過懸垂、耐張等金具與大地相連，環路電流可通過桿塔泄入大地，保護OPGW 和普通地線免受損害。

5 結論

本文選取750kV 典型線路參數，利用ATP 計算了地線采取四種接地方式時，地線上的感應電壓和感應電流，經過大量計算初步得到以下結論：

1）線路正常運行時，由于靜電耦合和電磁耦合，會在地線上出現感應電壓和感應電流，逐塔接地的地線上感應電壓最大，且電壓隨分段長度增加而增加，單點接地、分段絕緣地線上感應電壓次之，全線絕緣的地線上感應電壓最小。逐塔接地的地線上會出現很大的感應電流，電能損耗較為嚴重。

2）當發生單相接地短路故障時，對于逐塔接地方式，將在地線上感應出很大的感應電流，由于該 接線方式下存在多條閉合的回路，感應電流可直接泄入大地；對于單點接地、分段絕緣方式，地線上將感應出高達上百千伏的感應電壓，可能使絕緣端的間隙擊穿。

[1] 張雅婷,高博,施圍.750kV 輸電線路架空地線損耗的影響因素及降低方法研究[J].電磁避雷器,2008,221.

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