陶修哲

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司直流運(yùn)檢公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

現(xiàn)如今，我國(guó)特高壓輸電技術(shù)發(fā)展迅速，社會(huì)生產(chǎn)與電力能源之間的聯(lián)系越發(fā)緊密，社會(huì)各界對(duì)供電可靠性的要求也越來越高[1]。為符合電力能源發(fā)展的需求，我國(guó)超高壓及特高壓輸電線路明顯增多，電能輸送距離遠(yuǎn)，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(guó)電網(wǎng)覆蓋范圍的擴(kuò)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(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)安全性的危害極大，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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]?；谏鲜龇治?，本文結(jié)合輸電線路在不同運(yùn)行工況的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究架空地線的感應(yīng)環(huán)流和感應(yīng)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(shí)擁有降低雷擊桿塔過電壓的功能，雷擊大地時(shí)，降低感應(yīng)雷過電壓[5]。

(1)防直擊雷

雷云對(duì)地進(jìn)行放電時(shí)，雷云與地面間會(huì)形成強(qiáng)電場(chǎng)，整個(gè)場(chǎng)強(qiáng)一旦達(dá)到雷云的放電值，由雷云放電形成的先導(dǎo)通道到達(dá)輸電線路后，首先與架空地線相遇，此時(shí)的雷電流將沿著架空地線流入大地，因此防止保護(hù)范圍內(nèi)的輸電線路遭受雷擊的侵害。在架設(shè)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(shè)能夠有效降低塔頂電位，對(duì)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(huì)使雷擊后絕緣子兩端的電壓相對(duì)降低，同時(shí)保證輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[7]。

3 感應(yīng)電壓電流影響因素分析

3.1 導(dǎo)線排列方式的影響

圖1表示的是系統(tǒng)雙回運(yùn)行時(shí)，各種導(dǎo)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(dǎo)線排布方式中，感應(yīng)環(huán)流的變化曲線呈現(xiàn)首末兩端低，中間高的趨勢(shì)。隨著桿塔段號(hào)增大，架空地線中感應(yīng)環(huán)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(yīng)環(huán)流在整個(gè)過程中的變化幅度最小，從而可以看出，導(dǎo)線在水平方向排布時(shí)，其地線所造成的電能損耗最低。

圖1 感應(yīng)環(huán)流沿線分布

3.2 導(dǎo)線回路間距的影響

圖2表示的是系統(tǒng)雙回運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)線之間距離的大小對(duì)架空地線中感應(yīng)環(huán)流的影響情況。從圖中可知，隨著導(dǎo)線間距的變化，感應(yīng)環(huán)流并無明顯變化。圖3是導(dǎo)線回路間距對(duì)感應(yīng)電壓的影響，根據(jù)其曲線變化趨勢(shì)，架空地線的感應(yīng)電壓與回路間距呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

圖2 感應(yīng)環(huán)流沿線分布

圖3 感應(yīng)電壓變化規(guī)律

3.3 線路長(zhǎng)度的影響

圖4表示的是不同長(zhǎng)度輸電線路下，架空地線中感應(yīng)環(huán)流沿線的變化規(guī)律。當(dāng)線路長(zhǎng)度超過6km時(shí)，在架空地線的電能損耗方面，線路長(zhǎng)度對(duì)其幾乎沒有影響。當(dāng)線路長(zhǎng)度低于6km時(shí)，單位長(zhǎng)度的架空地線的電能損耗隨線路增長(zhǎng)而加大。圖5表示的是不同長(zhǎng)度輸電線路下，架空地線中感應(yīng)電壓的變化規(guī)律。從圖中可知，架空地線的感應(yīng)電壓與線路長(zhǎng)度成正相關(guān)。

圖4 感應(yīng)環(huán)流沿線分布

圖5 感應(yīng)電壓變化規(guī)律

通過以上分析，系統(tǒng)雙回運(yùn)行方式下，線路長(zhǎng)度對(duì)架空地線感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓均會(huì)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(wěn)定運(yùn)行，同塔雙回線路架設(shè)不宜過長(zhǎng)，若線路長(zhǎng)度需滿足相關(guān)要求時(shí)，應(yīng)采取有效措施維持線路運(yùn)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(yīng)電流和感應(yīng)電壓的變化規(guī)律曲線。從圖中可以看出，差距較大的土壤電阻率下，感應(yīng)電流會(huì)隨著土壤電阻率的降低而一定程度上增大。圖7是系統(tǒng)雙回運(yùn)行時(shí)，架空地線上感應(yīng)電壓隨土壤電阻率變化的規(guī)律，感應(yīng)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(yīng)電壓還是感應(yīng)電流，受到土壤電阻率的影響都不大。

圖6 感應(yīng)環(huán)流沿線分布

圖7 感應(yīng)電壓變化規(guī)律

4 結(jié)論

本文以500kV同塔雙回輸電線路為主要研究目標(biāo)，對(duì)架空地線中感應(yīng)環(huán)流和感應(yīng)電壓的分布情況進(jìn)行了仿真。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線排列方式、線路長(zhǎng)度、導(dǎo)線回路間距、土壤電阻率等因素均可能對(duì)同塔雙回輸電線路的架空地線感應(yīng)電壓及感應(yīng)環(huán)流造成影響。本文的研究成果對(duì)后續(xù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)和理論研究具有一定的參考價(jià)值。