輸電線路架空地線不同接地方式及改進(jìn)分析

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）21-0121-04

Abstract：Laying twooverheadgroundwiresinparalelisacommonpracticeinsetinguptransmision lines.However，this methodwillgenerateelectromagneticinductionandelectrostaticinductionwhichwilleadtotheformationofaninsignfcant inducedvoltagebetweenthetwooverheadlines，whichmaycause lightning shielding failureproblems.adverselyafectpower operation.Tothisend，thearticleproposestouseajumping-connectionmethodtosetupdoubleoverheadgroundwiresthatis， allodd-umberedwiresaregrounded，whileeven-numberedwiresaretransposedandconected.Throughcaseanalysis，itis found that the improved overhead groundwiregrounding method has lower energy consumptionand higher security.

KeyWords：transmisson line;overhead ground wire;grounding method;electromagnetic induction;power operation

以往采用逐基直接接地、分段絕緣接地方式時(shí)，出現(xiàn)過多起架空地線故障，尤其是光纖復(fù)合架空地線對(duì)于溫度的敏感性較高，一旦出現(xiàn)金具異常發(fā)熱現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)損耗增大，從而會(huì)降低通信質(zhì)量，且會(huì)降低輸電線路的使用壽命1。為解決此問題，迫切需要改進(jìn)架空地線的接地方式，以防止電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行受到影響，進(jìn)而降低由于保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)所引發(fā)的安全事故。

1輸電線路架空地線的不同接地方式

1.1 逐基接地

作為架空地線最常見的接地方式，逐基接地共有2種形式，一是在耐張金具支持下，將架空地線直接連接到輸電線路桿塔上，耐張金具會(huì)將力施加于架空地線兩側(cè)；二是利用放電間隙的絕緣子，將架空地線連接到輸電桿塔之上，然后采用特制的接地線，對(duì)架空地線進(jìn)行跳接處理，使架空地線一端與輸電桿塔相連，另一側(cè)連接到變電站進(jìn)線構(gòu)架之上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雙向接地。此種接地模式下，帶放電間隙絕緣子會(huì)承受地線兩端產(chǎn)生的力。此時(shí)，架空地線、輸電導(dǎo)線之間會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)電磁耦合現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致架空地線運(yùn)行過程中，有感應(yīng)電壓在線路上生成。由于采取逐基接地方式，架空地線的兩端分別與地面相連接，因而各接地點(diǎn)均會(huì)與大地連通，所產(chǎn)生的電路為等效電路，電路示意圖如圖1所示。

注：E-架空地線，對(duì)應(yīng)值為感應(yīng)電壓； Z_r1. -桿塔接地網(wǎng)，對(duì)應(yīng)值為接地電阻； Z_r2. -變電站接地網(wǎng)，對(duì)應(yīng)值為接地電阻； ΔZ_d -架空地線，對(duì)應(yīng)值為自阻抗； Z₀. -大地回路，對(duì)應(yīng)值為自阻抗，下同。

圖1逐基接地等效電流回流圖

1.2分段絕緣單點(diǎn)接地

此種接地方法采用了分段方式，即架空地線的兩端并不全部與地面相連，其中一側(cè)安裝具有放電間隙的絕緣子，避免其與地面相接，而另一端則直接連接到大地之上。此種接地方式下，架空電線正常運(yùn)行時(shí)，與輸電導(dǎo)線間會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)電感應(yīng)，并會(huì)形成電磁耦合，因而架空地線運(yùn)行中同樣會(huì)形成感應(yīng)電壓。然而由于架空地線與大地為單點(diǎn)接入，另一側(cè)采取了絕緣措施，因而其等效電流電路上并不會(huì)形成一個(gè)完整回路（圖2），所以幾乎不會(huì)消耗電能，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性。而此接地方式下，放電間隙距離的配合度相對(duì)較低，大氣環(huán)境、空氣污染均會(huì)導(dǎo)致放電間隙距離發(fā)生改變，放電間隙過小會(huì)導(dǎo)致架空地線脫落而引發(fā)線路短路事件，而放電間隙過大，則會(huì)使架空地線的工頻過電壓、低潛供電流的抑制作用。

1.3光纖復(fù)合架空地線接地方式

1.3.1光纖復(fù)合架空地線逐基接地

光纖復(fù)合架空地線屬于兼具光纖通信、架空地線特點(diǎn)的新型復(fù)合線，由內(nèi)部光纖與外部金屬兩部分構(gòu)成，接地時(shí)，通常是采用跳接方式將內(nèi)部光纖直接連接到輸電線路桿塔之上，而外部金屬部分則與另一段光纖復(fù)合架空地線相連，以便于傳送光通信信號(hào)。變電站內(nèi)的進(jìn)線桿塔，無光纖部分會(huì)直接連接到變電站進(jìn)線桿塔之上，然后再與大地連接，而有光纖部分則與光纜終端相連，但不會(huì)接入大地。光纖復(fù)合架空地線的逐基接地等效電流回路圖與普通架空地線相一致，運(yùn)行時(shí)會(huì)形成感應(yīng)電流，但感應(yīng)電流只在接地一側(cè)的回流中運(yùn)行，另一側(cè)不接地回路無感應(yīng)電流通過，如此可有效分離通信光信號(hào)與電信號(hào)，避免感應(yīng)電流進(jìn)入光線終端而使電力系統(tǒng)通信設(shè)備遭到破壞]。

1.3.2光纖復(fù)合架空地線分段絕緣接地

光纖復(fù)合架空地線一般以2種方式連接輸電線路桿塔的絕緣子，一是通過耐張線夾角之間串接的絕緣子實(shí)現(xiàn)光纖復(fù)合架空地線與桿塔之間的連接，利用帶絕緣膠墊絕緣處理光纖復(fù)合架空地線的余纜架及引下線夾角，通過串聯(lián)的絕緣子放電間隙與大地相連通，能有效避免雷電災(zāi)害產(chǎn)生的影響。二是利用光纖復(fù)合架空地線光電分流裝置實(shí)現(xiàn)絕緣，裝置會(huì)隔離兩側(cè)光纖復(fù)合架空地線，并采用熔接方式使兩側(cè)架空地線光纖相連通，從而實(shí)現(xiàn)絕緣運(yùn)行與光電分離。發(fā)生雷電災(zāi)害時(shí)，接續(xù)盒兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生高于放電間隙的擊穿值，擊穿放電間隙后，光纖復(fù)合架空地線會(huì)與大地相連，故障解決后，光纖復(fù)合架空地線將會(huì)恢復(fù)正常運(yùn)行。絕緣接地時(shí)，架空地線上的感應(yīng)過電壓較低，不會(huì)形成電流回路，因而能耗較低，若輸電線路負(fù)荷過大，會(huì)產(chǎn)生高感應(yīng)電壓，可能會(huì)使光纖復(fù)合架空地線熔毀，從而出現(xiàn)保護(hù)通道中斷現(xiàn)象。

2架空地線接地方式的改進(jìn)分析

2.1正常運(yùn)行時(shí)架空地線的感應(yīng)電壓及電流

2.1.1 感應(yīng)電壓

架空地線運(yùn)行時(shí)會(huì)形成一定的電磁感應(yīng)電壓，此電壓會(huì)隨三相平衡電流值的變化而波動(dòng)，在電流負(fù)荷增大時(shí)，電磁感應(yīng)數(shù)值會(huì)同步提升，反之則會(huì)有所下降。輸電線路同時(shí)架設(shè)2條地線時(shí)，可以選用對(duì)稱設(shè)置方式，使架空地線的安全范圍得到有效拓展，并能使保護(hù)角大幅下降，如此一來，可以有效降低雷電的繞擊率。將2條架空地線分別編號(hào)為 1^# 與 2^# ，此時(shí)， 1^# 地線與輸電線路a相接近，而 2^# 則分布在 ?_c 相附近，此種情況下， 2^# 架空地線上所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓可用下式表示

式中： d_la 代表的是架空地線及a相間的距離； d_lb 表示架空地線及 b 相間的距離； d_lc 代表架空地線及 ?_c 相之間的距離；輸電線路a的負(fù)荷電流則用 I_a 表示 σ;j 用于表示電抗部分，即電感和電容的效應(yīng)； a 表示三相導(dǎo)線的負(fù)載電流比值。輸電線路設(shè)置為單回路，同時(shí)布設(shè)2條避雷線的情況下，靜電感應(yīng)電壓可利用各線上的電荷及電荷系數(shù)得出。采用分段單點(diǎn)接地方式時(shí)，電荷一般為0，而應(yīng)用逐基直接接地方式時(shí)，電荷并不為0，而電位則無數(shù)值。根據(jù)這一條件，可對(duì)電荷、電位2個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。采用逐基接地方式時(shí)，已知地線的電荷值，此時(shí)可進(jìn)一步求出地線流入大地的靜電感應(yīng)電流的具體數(shù)值?？紤]到架空地線真實(shí)運(yùn)行情況下，靜電感應(yīng)雖能產(chǎn)生電流或電損，然后這些數(shù)值通常較小，不會(huì)對(duì)架空電線的運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，因而架空地線設(shè)置時(shí)可暫不考慮此條件。

2.1.2 感應(yīng)電流

以逐基接地方式同時(shí)布設(shè)輸電線路的2條架空地線時(shí)，2條線全部連接到輸電線路的桿塔之上，此時(shí)，二者的感應(yīng)電壓值、方向均不一致，因而二者之間會(huì)形成環(huán)流，等效電路圖如圖3所示。采用對(duì)稱分量原理進(jìn)行計(jì)算時(shí)，架空地線的大地環(huán)流、雙地線環(huán)流均可分別求出，計(jì)算大地環(huán)流、雙地線環(huán)流上的電流損耗、電壓損耗之和，所得到的數(shù)值便是采用逐基接地方式時(shí)，雙架空地線上所產(chǎn)生的總能耗值4。2條架空地線中，一條采用逐基接地方法直接接地，另一條則運(yùn)用分段絕緣方式單點(diǎn)接地，如果2條線分別為光纖復(fù)合架空地線與普通架空地線，為了減少能耗，光纖復(fù)合架空地線一端需采用逐基接地方式，而普通架空地線則用分段絕緣單點(diǎn)接地方式。此種情況下，2條架空線路之間并不會(huì)出現(xiàn)環(huán)流分量，只有逐地接地一側(cè)架空地線會(huì)形成大地環(huán)流分量，且會(huì)形成一定的能耗。

圖3雙架空地線環(huán)流等效電路圖

2.2雙架空地線接地方式改進(jìn)

2.2.1 奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式

雙架空地線逐基接地時(shí)，地線間環(huán)流與大地環(huán)流均會(huì)產(chǎn)生損耗，二者疊加下，電能損耗較高，且會(huì)導(dǎo)致架空地線連接金具變熱，產(chǎn)生安全隱患。而2條架空地線分別采用逐基接地與分段絕緣基地方式時(shí)，逐基接地的架空地線會(huì)產(chǎn)生大地環(huán)流損耗，而另一條會(huì)因帶放電間隙的絕緣子距離難以整定會(huì)出現(xiàn)放電間隙被擊穿現(xiàn)象，可能引發(fā)安全隱患，且難以切斷工頻續(xù)流、無法有效實(shí)施繼電保護(hù)整定，單相接地故障下分流作用也會(huì)受限。為此，本文提出采用奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式改進(jìn)策略，即架空地線在輸電線路上的偶數(shù)桿塔采用帶放電間隙絕緣子與桿塔做絕緣處理，并采用跳接方式與架空地線換位連接，而架空地線在輸電線路上的奇數(shù)桿塔，全部采用逐基接地方式與桿塔相連。奇數(shù)地線與偶數(shù)地線分別進(jìn)行直接接地與換位接地時(shí)，應(yīng)按圖4所示方法連接。由于1^# 地線接近a相，而 2^# 地線位于c相附近，正常情況下，2個(gè)架空地線之間會(huì)產(chǎn)生一定的電磁感應(yīng)電壓，且電壓的相角差相對(duì)較大。而按照本文所提出方法，偶數(shù)地線采用換位接地方法時(shí)，位于a相附近的 1^# 地線，在換位前后兩段之間會(huì)形成高電壓相角差，可以中和感應(yīng)電壓，減少電磁感應(yīng)電壓及電流，進(jìn)而能有效降低能耗。

2.2.2 改進(jìn)后的感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流

采用改進(jìn)后的接地方式，得到的架空地線雙線環(huán)流回路與大地環(huán)流回路如圖5所示。此時(shí)，架空地線大地環(huán)流回路電磁感應(yīng)電壓可用下式計(jì)算

與公式（1）相比，按照公式（2）計(jì)算得出的大地環(huán)流回路電磁感應(yīng)電壓將會(huì)有明顯下降。而運(yùn)行過程中，由于雙架空地線之間的環(huán)流與0值相接近，因而可以忽略架空地線之間所產(chǎn)生的環(huán)流損耗，如此一來，會(huì)使雙架空地線的電能耗得到大幅下降。

2.2.3 算例分析

選取 500kV 輸電線路的酒杯型直接塔作為案例展開計(jì)算，運(yùn)用雙避雷線，選用鋁導(dǎo)線與鋼芯截面面積分別為 400mm² 與 35mm² 的4根并行排列的鋼芯鋁絞線作為導(dǎo)線，利用抗高溫、抗腐蝕的GJ-70型鍍鋅鋼絞線作為架空地線，線路總長度為 1000km ，輸電線路負(fù)荷電流為 1000A ，相位角為 -26^° 。根據(jù)公式（1）計(jì)算出2條線路各自的感應(yīng)電壓分別為-10-47.9j與 ，單位為 V/km ，而按照公式（2）計(jì)算得出的換位后總感應(yīng)電壓為 i ΔV/km ，由此可見，偶數(shù)線采取換位接地方法后，導(dǎo)致架空地線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓較換位之前有了明顯下降。根據(jù)架空地線、桿塔以及大地3處所產(chǎn)生的阻抗值，可以計(jì)算出接地的環(huán)流值，并能計(jì)算出具體的輸電損耗，根據(jù)表1數(shù)據(jù)，采取本文提出的接地改進(jìn)方式后，環(huán)流及輸電線路功率均有所下降，并且因架空地線的感應(yīng)電流明顯下降，金具發(fā)熱現(xiàn)象將會(huì)得到明顯改善，可有效降低架空地線的安全隱患。

3結(jié)論

逐基接地是架空地線的基本接地方法，同時(shí)分段絕緣單點(diǎn)接地方式的應(yīng)用率也相對(duì)較高。分析發(fā)現(xiàn)，這2種接地方式存在能耗高、安全隱患大的弊端，因而本文提出了一種奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的新型新地方式，改進(jìn)后的接地方式改變了2個(gè)接地點(diǎn)間的檔距，但不會(huì)對(duì)架空地線的分流系數(shù)產(chǎn)生較大影響，可以有效降低接地環(huán)流以及輸電線路功率，并能降低架空地線的感應(yīng)電流，能有效解決金具發(fā)熱問題，可以規(guī)避架空地線的安全隱患，在 500kV 輸電線路架空地線接地方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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