±1100kV 特高壓直流輸電線路組塔感應(yīng)電分析

洪海雁

（華北電力大學(xué)，北京102206）

1 概述

運(yùn)行線路周圍存在工頻電場和工頻磁場，在臨近帶電線路的塔位組塔時(shí)，由于存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)作用，使得塔片導(dǎo)體上產(chǎn)生相當(dāng)高的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，危及到施工人員的安全。文獻(xiàn)[1-5]更多關(guān)注的是高壓輸電線路對(duì)其他線路的感應(yīng)電研究。在新建輸電線路的鐵塔架設(shè)過程中，由于運(yùn)行線路與鐵塔鋼結(jié)構(gòu)之間存在復(fù)雜的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)作用，在搭建鐵塔過程中就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，這會(huì)嚴(yán)重危及人身安全。因此有必要對(duì)臨近特高壓輸電線路周圍搭建鐵塔時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和電流的性質(zhì)及大小進(jìn)行研究分析，這對(duì)工程項(xiàng)目安全順利地施工有著重要的意義。由于土地資源的限制及電網(wǎng)發(fā)展的需要，電力線路共走廊情況日益增多，新建線路往往會(huì)長距離平行1 條或多條超高壓及特高壓線路，臨近帶電線路組塔由以往的特殊施工狀態(tài)逐漸成為常態(tài)的施工狀態(tài)。鐵塔臨近帶電輸電線路組塔時(shí)，由于塔片會(huì)在不同的高度情況下由塔吊升空，此時(shí)帶電線路的電磁感應(yīng)會(huì)作用在塔身上形成感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。本文是研究組塔時(shí)塔身感應(yīng)電分布，關(guān)注鐵塔鋼結(jié)構(gòu)因電磁感應(yīng)引起的感應(yīng)電壓。

2 鐵塔臨近帶電交流特高壓線路組塔

基于CDEGS 軟件首先建立如圖1 所示的1000 kV 皖電東送雙回特高壓交流線路的三維模型，雙回交流輸電線路電壓激勵(lì)為1000kV/=577.350 kV，電流激勵(lì)為3403 A，與同塔雙回交流線路中心間距60 m，橫擔(dān)處高為60 m。此時(shí)組建完好的塔身與鐵塔的接地網(wǎng)接觸良好，各處的感應(yīng)電壓幾乎為零，流入接地網(wǎng)的感應(yīng)電流也很微弱。

圖1 并行特高壓交流組塔示意圖

在組塔施工過程中，鐵塔的部分塔身可能會(huì)升到空中而與接地塔身不連接，出現(xiàn)塔片絕緣情況，如圖1 所示的橫擔(dān)右側(cè)的一段導(dǎo)體與塔身分離情況。此時(shí)，這段導(dǎo)體與特高壓交流線路呈平行狀態(tài)，長6 m，與下部塔身分離1 m。下部塔身仍與鐵塔的接地網(wǎng)接觸良好，下部塔身各處的感應(yīng)電壓幾乎為零，流入接地網(wǎng)的感應(yīng)電流也很微弱。然而，這段導(dǎo)體上耦合感應(yīng)電壓大小為31.34 kV，主要為靜電感應(yīng)電壓。

若出現(xiàn)橫擔(dān)左右兩側(cè)各有一段導(dǎo)體與塔身分離情況，如圖1 所示，此時(shí)，兩段導(dǎo)體與特高壓交流線路呈平行狀態(tài)，分別長6 m，與下部塔身分離1 m。下部塔身與上述情況一樣，幾乎無感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。然而，1#導(dǎo)體上耦合感應(yīng)電壓變化很小，仍為31.34 kV，2#導(dǎo)體上耦合感應(yīng)電壓大小為4.52 kV，這兩段導(dǎo)體上的感應(yīng)電壓主要為靜電感應(yīng)電壓。

不同于上述橫擔(dān)兩側(cè)平行特高壓交流線路的兩段導(dǎo)體與塔身分離的情況，在橫擔(dān)兩側(cè)垂直于特高壓交流線路的兩段導(dǎo)體與塔身分離，但保持高度不變而僅向外側(cè)分離1m 時(shí)，兩段導(dǎo)體長度均為57 m，其上耦合的感應(yīng)電壓均為861 V，遠(yuǎn)低于橫擔(dān)兩側(cè)平行交流線路導(dǎo)體分離情況下的感應(yīng)電壓。

設(shè)想出現(xiàn)部分塔身絕緣，而與塔身分離情況，此時(shí)，上部塔身與特高壓交流線路整體呈垂直狀態(tài)，與下部塔身分離1 m。下部塔身與上述情況一樣，幾乎無感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。然而，分離的上部塔身上的各段導(dǎo)體上耦合的感應(yīng)電壓大小基本相同，均在3.09 kV 左右。

若上部塔身與特高壓交流線路整體呈平行狀態(tài)，與下部塔身分離1 m。上部的塔身較長的一側(cè)平行與特高壓交流線路，較短的一側(cè)垂直于特高壓交流線路，上部塔身整體呈現(xiàn)平行交流線路的情況。此時(shí)，上部塔身上的各段導(dǎo)體上耦合的感應(yīng)電壓大小仍基本相同，均在2.40 kV 左右。

3 1000kV 交流特高壓輸電線路周圍的靜電感應(yīng)影響因素分析

為研究同塔雙回線路不同相序、以及線路與導(dǎo)體不同間距和高度對(duì)導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)電壓的影響，在不接地狀態(tài)下，計(jì)算ABC-CBA 相序情況下，距離同塔雙回線路15 m、25 m、35 m、45 m，導(dǎo)體高度從1 m 每間隔20 m 升高至120 m 的靜電感應(yīng)電壓分布情況，如圖2 所示。

圖2 ABC-CBA 相序不同間距不同高度下導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)電壓變化曲線

從圖中可以看出，同塔雙回輸電線路的相序排列對(duì)導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)電壓影響不大，導(dǎo)體高度對(duì)導(dǎo)體靜電感應(yīng)影響較大，從計(jì)算結(jié)果看，靜電感應(yīng)電壓隨導(dǎo)體的高度變化并不是線性的，而是呈M型變化。而導(dǎo)體靜電感應(yīng)電壓在靠近65m 時(shí)最小，高度降低或者升高時(shí)，感應(yīng)電壓都會(huì)升高，但當(dāng)導(dǎo)體越過1000 kV 交流輸線路最低相或最高相導(dǎo)線一端距離后，導(dǎo)體感應(yīng)電壓又呈減小趨勢。其主要原因是1000 kV 皖電東送雙回運(yùn)行交流輸電線路的中相線高度為65.81 m，雙回運(yùn)行交流輸電線路在此高度時(shí)的相互抵消作用使得此處導(dǎo)體靜電感應(yīng)電壓最小，而在其他高度，伴隨導(dǎo)體的降低或升高，感應(yīng)電壓都會(huì)升高。但當(dāng)導(dǎo)體逐漸遠(yuǎn)離雙回運(yùn)行交流輸電線路時(shí)，感應(yīng)電壓隨之減小。靜電感應(yīng)電壓隨高度的變化曲線基本關(guān)于65 m 對(duì)稱，但由于三相中最上端和最下端線路排列位置的不完全對(duì)稱，導(dǎo)致上端和下端對(duì)導(dǎo)體感應(yīng)電壓的影響是不同的，所以施工線路在65 m 兩側(cè)的感應(yīng)電壓不完全對(duì)稱分布。

4 結(jié)論

4.1 臨近特高壓交流輸電線路的鐵塔，在組建后與鐵塔接地網(wǎng)良好接觸時(shí)，感應(yīng)電可有效消除。

4.2 但鐵塔在組建過程中若出現(xiàn)絕緣或接地不良好的情況時(shí)，會(huì)面臨較大的靜電感應(yīng)電壓。其中，上部塔身多段導(dǎo)體連接時(shí)的靜電感應(yīng)電壓要小于單段導(dǎo)體時(shí)的靜電感應(yīng)電壓，且與帶電線路的平行關(guān)系有直接關(guān)系。而單段導(dǎo)體脫離塔身時(shí)的靜電感應(yīng)電壓可達(dá)數(shù)十千伏，與并行的帶電線路的距離有直接關(guān)系，距離越遠(yuǎn)靜電感應(yīng)電壓越小。