500kV同塔雙回線路地線的感應電壓電流研究

陶修哲

(國網湖北省電力有限公司直流運檢公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

現如今，我國特高壓輸電技術發展迅速，社會生產與電力能源之間的聯系越發緊密，社會各界對供電可靠性的要求也越來越高[1]。為符合電力能源發展的需求，我國超高壓及特高壓輸電線路明顯增多，電能輸送距離遠，送電容量大，但在電能損耗方面也帶來了不小的問題[2]。

隨著我國電網覆蓋范圍的擴大，桿塔高度不斷增加，造成雷擊桿塔的幾率也隨之升高[3]。雷電侵害對輸電網絡安全性的危害極大，從而造成嚴重的經濟損失。架空地線是減小輸電線路雷擊概率的有效措施，是輸電線路中不可缺少的一部分[4]。基于上述分析，本文結合輸電線路在不同運行工況的特點，重點研究架空地線的感應環流和感應電壓。

2 架空地線的防雷作用

架空地線是防范直擊雷的有效措施，同時擁有降低雷擊桿塔過電壓的功能，雷擊大地時，降低感應雷過電壓[5]。

(1)防直擊雷

雷云對地進行放電時，雷云與地面間會形成強電場，整個場強一旦達到雷云的放電值，由雷云放電形成的先導通道到達輸電線路后，首先與架空地線相遇，此時的雷電流將沿著架空地線流入大地，因此防止保護范圍內的輸電線路遭受雷擊的侵害。在架設架空地線的輸電線路中，其遭受雷擊的概率通常低于0.1%[6]。

(2)降低雷電桿塔的過電壓

架空地線的架設能夠有效降低塔頂電位，對雷電流有分流的作用。含架空地線的輸電線路，帶電線路間的耦合作用會使雷擊后絕緣子兩端的電壓相對降低，同時保證輸電線路的安全穩定運行[7]。

3 感應電壓電流影響因素分析

3.1 導線排列方式的影響

圖1表示的是系統雙回運行時，各種導線排布方式下架空地線電流的幅值變化曲線。從圖中可知，水平方向、正三角和倒三角三種不同的導線排布方式中，感應環流的變化曲線呈現首末兩端低，中間高的趨勢。隨著桿塔段號增大，架空地線中感應環流先增大后減小，并且在線路中段維持較高的水平。在三種排布方式中，水平排列的方式，架空地線的感應環流在整個過程中的變化幅度最小，從而可以看出，導線在水平方向排布時，其地線所造成的電能損耗最低。

圖1 感應環流沿線分布

3.2 導線回路間距的影響

圖2表示的是系統雙回運行時，導線之間距離的大小對架空地線中感應環流的影響情況。從圖中可知，隨著導線間距的變化，感應環流并無明顯變化。圖3是導線回路間距對感應電壓的影響，根據其曲線變化趨勢，架空地線的感應電壓與回路間距呈現負相關。

圖2 感應環流沿線分布

圖3 感應電壓變化規律

3.3 線路長度的影響

圖4表示的是不同長度輸電線路下，架空地線中感應環流沿線的變化規律。當線路長度超過6km時，在架空地線的電能損耗方面，線路長度對其幾乎沒有影響。當線路長度低于6km時，單位長度的架空地線的電能損耗隨線路增長而加大。圖5表示的是不同長度輸電線路下，架空地線中感應電壓的變化規律。從圖中可知，架空地線的感應電壓與線路長度成正相關。

圖4 感應環流沿線分布

圖5 感應電壓變化規律

通過以上分析，系統雙回運行方式下，線路長度對架空地線感應電流和感應電壓均會造成一定的影響，甚至增大到超過地線限值。因此，為了保證輸電線路安全穩定運行，同塔雙回線路架設不宜過長，若線路長度需滿足相關要求時，應采取有效措施維持線路運行正常。

3.4 土壤電阻率的影響

圖6是不同土壤電阻率下，架空地線中感應電流和感應電壓的變化規律曲線。從圖中可以看出，差距較大的土壤電阻率下，感應電流會隨著土壤電阻率的降低而一定程度上增大。圖7是系統雙回運行時，架空地線上感應電壓隨土壤電阻率變化的規律，感應電壓則隨著土壤電阻率的增大而增大，但整體而言無論是感應電壓還是感應電流，受到土壤電阻率的影響都不大。

圖6 感應環流沿線分布

圖7 感應電壓變化規律

4 結論

本文以500kV同塔雙回輸電線路為主要研究目標，對架空地線中感應環流和感應電壓的分布情況進行了仿真。通過對仿真結果的分析，發現導線排列方式、線路長度、導線回路間距、土壤電阻率等因素均可能對同塔雙回輸電線路的架空地線感應電壓及感應環流造成影響。本文的研究成果對后續實際工程設計和理論研究具有一定的參考價值。