一種輸電架空地線新型防雷接地方法
【專利摘要】本發(fā)明防雷接地領域，具體地來講為一種輸電架空地線新型防雷接地方法。對于輸電線路的雙架空地線包括第一架空地線與第二架空地線，在輸電線路上設置多個桿塔，其中，按照桿塔排列的順序，雙架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔進行換位；雙架空地線在輸電線路的奇數(shù)桿塔，均與桿塔直接連接接地。本發(fā)明采用改變架空地線的接地方式，有利于架空地線的節(jié)能降耗。采用奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式，達到了降低環(huán)流和損壞，不但防止了金具的發(fā)熱，并且地線的分流系數(shù)影響不大。
【專利說明】
一種輸電架空地線新型防雷接地方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明防雷接地領域，具體地來講為一種輸電架空地線新型防雷接地方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，特高壓大量籌劃建設，電力走 廊日益緊張;另一方面，大型清潔能源基地和巨型風水電站的建設，要求線路的輸電容量日 益增強。高壓輸電線路正常運行時，導線周圍會產(chǎn)生強電磁場，地線與導線之間會產(chǎn)生電磁 和靜電場耦合，由于地線至各相導線的距離一般不相等，它們之間的互感就有差別。因此， 在地線上感應產(chǎn)生沿線分布的縱向感應電動勢和靜電感應電壓。
[0003] 0PGW兼具通信通道和避雷線的功能，十多年來已在高壓輸電線路中得到了廣泛應 用，特高壓輸電線路依舊采用0PGW作為主導通信傳輸手段。在接地方式上，目前在工程中 0PGW基本采用逐基接地的方式.而普通避雷線則多采用分段絕緣、一點接地的方式。逐基接 地的接地方式會使0PGW出現(xiàn)環(huán)流損耗，給輸電線路的節(jié)能降耗帶來不利影響；同時，也會因 同一塔上普通避雷線和0PGW接地方式的不同使0PGW遭雷擊概率增大，造成斷股損壞的問 題。因此，研究分析隨特高壓線路建設的0PGW光纜的接地方式及其帶來的影響，探討合理的 接地方式和監(jiān)測接地情況是很有必要。0PGW在使用時需要考慮短路熱容量和承受冰、風荷 載等機械強度問題，同時還可能遭受雷擊，這些方面國內(nèi)外都有大量的設計運行經(jīng)驗教訓， 當然有些問題還處于探索階段，如部分省份的0PGW多處發(fā)生雷擊斷股問題、原因及對策等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種輸電架空地線新型防雷接地方法，解決 輸電線路繼電保護雙路由雙通道要求，隨輸電線路平行敷設雙架空地線。在正常運行時， 由于電磁感應和靜電感應原因，雙架空地線均會產(chǎn)生感應電壓的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，
[0006] -種輸電架空地線新型防雷接地方法，對于輸電線路的雙架空地線包括第一架空 地線與第二架空地線，在輸電線路上設置多個桿塔，其中，按照桿塔排列的順序，雙架空地 線在輸電線路的偶數(shù)桿塔進行換位;雙架空地線在輸電線路的奇數(shù)桿塔，均與桿塔直接連 接接地。
[0007] 進一步地，雙架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔進行換位，是通過帶放電間隙的絕 緣子與桿塔絕緣，將第一架空電線換至第二架空地線，將第二架空地線連接至第一架空地 線，在偶數(shù)桿塔對架空地線進行換位。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：
[0009] 本發(fā)明架空地線的偶數(shù)塔通過帶放電間隙的絕緣子與塔絕緣，并通過跳線連接， 在偶數(shù)桿塔對架空地線進行換位;雙架空地線在輸電線路的奇數(shù)直接連接接地。由于雙架 空地線在兩端的奇數(shù)塔均直接與桿塔相連，因此正常運行時，第一架空地線與第二架空地 線之間可以構成電流環(huán)路，而第一架空地線、第二架空地線與大地之間可以分別構成大地 環(huán)流回路，換位前一段地線的電壓與換位后一段的電壓相角差很大，總的感應電壓得到中 和，降低了雙架空地線的電磁感應電壓和電流，可以起到降低電能損耗的作用。
[0010] 采用改變架空地線的接地方式，有利于架空地線的節(jié)能降耗。采用奇數(shù)段接地、偶 數(shù)段換位的接地方式，達到了降低環(huán)流和損壞，不但防止了金具的發(fā)熱，并且地線的分流系 數(shù)影響不大。采用奇數(shù)段接地后，檔距雖然增大，但對分流系數(shù)的影響很小，不會顯著增大 跨步電壓，保證了人身安全。采用奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位后，架空地線的大地環(huán)流環(huán)路的 電磁感應電壓大大降低。
【附圖說明】
[0011] 圖1為雙架空地線環(huán)流等效電路圖；
[0012] 圖2為奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位示意圖；
[0013] 圖3為奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位大地環(huán)流回路圖。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0015] 首先對架空地線的感應電流、電壓進行分析，然后對奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接 地方式進行分析，最后通過分析分流參數(shù)驗證方法的合理及有效性。
[0016] 架空地線中的感應電壓：正常運行時，架空地線以大地為回路的自阻抗可以表示 為：
[0018] 其中：Zi為第一架空地線與大地回路的自阻抗，R為架空地線的電阻，r為架空地線 的有效半徑，Do為地中電流的等價深度；
[0019] 架空地線與輸電線路單項導線之間的互阻抗為：
其中：Z12為第一架空地線與輸電線路單相導線之間的互感 阻抗，d12為第一架空地線與輸電線路單相導線之間的距離。正常情況下，輸電線路a，b，c三 相電流對稱平衡，即：
[0021] Ia+Ib+Ic = 0
[0022] 正常運行時，架空地線上的感應電壓是架空地線對a，b，c三相導線的感應電壓之 和：
[0024]式中：Ei為架空地線正常運行時的電磁感應電壓，Ia、Ib、I c為a、b、c三相導線的負 荷電流，dla，d2a，dlc為架空地線至a、b、c三相導線間的距離?？梢钥闯?，架空地線的電磁感應 電壓與正常運行時導線流過的三相平衡負荷電流成正比，架空地線施工安裝完畢后，與輸 電線路流過的負荷電流越大，架空地線上的電磁感應電壓就越大。
[0025] 輸電線路架空地線采用雙架空地線，以增加架空地線保護范圍，減小保護角，降低 雷擊的繞擊率。雙架空地線一般對稱布置，第一架空地線靠近輸電線路的a相，第二架空地 線則靠近輸電線路的c相，可以近似認為：
[0026] dia = d2c dib = d2b dic = d2c
[0027] _此雙架空地線中，第二架空地線的電磁感應電壓可以表示為：
[0029] 其中E2為第二架空地線2的電磁感應電壓，d2a，d2b，d2c為第二架空地線至a，b，c三 相導線間的距離。
[0030]再來看看架空地線的感應電流:對于雙架空地線均采用逐基接地方式時，雙架空 地線均直接與輸電線路桿塔相連，由于第一架空地線、第二架空地線的感應電壓￡1與￡2大 小、方向均不相同，因此，在第一架空地線與第二架空地線之間將產(chǎn)生環(huán)流，其電流回路如 圖1所示:架空地線環(huán)路所產(chǎn)生的感應電壓疊加為：
[0032]其中圖1中，Zhl Zh2分別表示第一架空地線的阻抗和第二架空地線的阻抗，Zh表示 架空地線阻抗。
[0033] 架空地線的逐基接地還將產(chǎn)生大地環(huán)流，可以作為兩個分量獨立計算，并將兩個 分量電流、電壓所產(chǎn)生的電能損耗疊加，即可求出雙架空地線均采用主機直接接地方式下 架空地線的電能損耗。
[0034] 如果雙架空地線中僅單條地線逐基接地，由于其中的一條架空地線與輸電線路桿 塔絕緣，因此不會在兩條架空地線之間產(chǎn)生環(huán)流分量。僅在逐基直接接地架空地線中產(chǎn)生 大地環(huán)流分量，僅在逐基直接接地的架空地線中產(chǎn)生大地環(huán)流分量Id，架空地線的電能損 耗主要由大地環(huán)流產(chǎn)生。
[0035] 而奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位接地方式:特高壓輸電線路一般采用雙架空地線，一條 架空地線采用逐基直接接地方式、另一條采用分段絕緣單點接地方式，架空地線的電能損 耗主要由采用逐基直接接地方式的損耗，但另一條分段絕緣單點接地方式的架空地線由于 帶放電間隙的絕緣子的距離不易整定，在正常運行時，當符合電流過大放電間隙可能長期 擊穿，存在安全隱患，而當雷擊災害發(fā)生時，又存在著工頻續(xù)流不易切斷、斷電保護正定不 易配合，線路發(fā)生單項接地故障時，不能起到很好的分流作用等不足。雙架空地線均采用分 段絕緣單點接地方式時，產(chǎn)生的電能損耗最小，但同樣存在著帶放電間隙的絕緣子距離不 易正定的問題。針對以上架空地線接地方式存在的問題，本專利對架空地線的接地方式進 行改進，提出架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔通過帶放電間隙的絕緣子與桿塔絕緣，并通 過連接跳數(shù)，在偶數(shù)桿塔對架空地線進行換位;奇數(shù)段接地是指，雙架空地線在輸電線路的 奇數(shù)桿塔，均與桿塔直接連接接地。架空地線技術段接地、偶數(shù)段換位的示意圖如圖2。 [0036]如圖2所示，正常運行時，第一架空地線與第二架空地線分別靠近輸電線路的a相 和c相，產(chǎn)生的電磁感應電壓相角差很大。因此，采用偶數(shù)段換位后，兩條架空地線中的1條 換位前一段地線的電壓與換位后一段的電壓相角差很大，總的感應電壓得到中和，降低了 雙架空地線的電磁感應電壓和電流，可以起到降低電能損耗的作用。
[0037]雙架空地線采用奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位時，由于雙架空地線在兩端的技術塔均 直接與桿塔相連，因此正常運行時，第一架空地線與第二架空地線之間可以構成電流環(huán)路， 而第一架空地線、第二架空地線與大地之間可以分別構成大地環(huán)流回路，奇數(shù)段接地、偶數(shù) 段換位后，架空地線與大地環(huán)流回路的等效電流回路如圖3所示。由圖3可以見，架空地線大 地環(huán)流回路的電磁感應電壓可以衷示為：
[0039] 與前面得到的感應電壓值比較，采用奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位后，架空地線的大地 環(huán)流環(huán)路的電磁感應電壓大大降低。圖3中Zdl是第一架空地線的自阻抗，Z d2為第二架空地 線的自阻抗，Zrl為第一個桿塔接地電阻，Zo表示大地回路自阻抗，Z r2表示第二個桿塔接地電 阻。
[0040] 下面再來談談改進的接地方式對分流系數(shù)的影響：發(fā)電廠、變電站內(nèi)變壓器中性 點的接地方式分為兩種:一種為中性點直接接地、另一種為中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接 地，特高壓變電站站內(nèi)的接地方式，一般均采用中性點直接接地方式，以滿足設備的絕緣配 合要求，保證電力設備的安全可靠運行。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷提升，變電站接地短路電 流水平不斷提高，故障時的接地故障電流不斷增大，給電力系統(tǒng)帶來以下幾個不良影響：
[0041] (1)電網(wǎng)投資費用增加:短路電流的增加，要求斷路器在發(fā)生故障時開斷短路電流 的水平增大，同時使得現(xiàn)有電氣設備的額定電流、電氣絕緣等不能滿足要求，因此在進行電 網(wǎng)規(guī)劃設計和改造時，設計人員不得不選擇高絕緣水平、高開斷電流、高額定電容的電氣設 備，導致設備費用大幅提高。
[0042] (2)對電氣設備的安全造成威脅:短路電流經(jīng)變壓器中性點接地，流入變電站接地 網(wǎng)。短路電流的增大導致變電站的地點為升高，威脅變壓器的匝間絕緣。地點為的升高會產(chǎn) 生較大的接觸電壓和跨步電壓，直接危害到變電站內(nèi)設備的安全穩(wěn)定運行，甚至會危及人 身安全。
[0043] (3)對通信線路產(chǎn)生的危害;特高壓輸電線路，0PGW不對稱接地短路時，短路電流 會在相鄰線路上感應出很大的電動勢，對通信線路產(chǎn)生干擾。
[0044] 變電站站內(nèi)發(fā)生短路時，短路電流由變壓器兩側無窮遠端的電源提供，而不僅僅 來自短路側的電源，根據(jù)基爾霍夫定律，短路電流最終將流回兩側的電源。因此，短路電流 將分為兩個部分:一部分短路電流直接通過接地系統(tǒng)由大地流向無窮遠端的電源;若架空 地線采用逐基直接接地方式，由于變壓器中性點和架空地線都連接在變電站接地網(wǎng)上，另 一部分短路電流通過變壓器中性點和輸電線路的架空地線流出接地網(wǎng)，通過架空地線流回 電源的短路電流，在逐基經(jīng)過桿塔接地時，又會有部分電流通過桿塔接地系統(tǒng)流向大地，剩 余的電流通過架空地線流回電源。
[0045] 變電站發(fā)生短路時，短路電流一部分是通過架空地線經(jīng)輸電線路桿塔流入大地， 因此，架空地線的接地方式不同，對分流系數(shù)影響不同。采用逐基直接接地凡是，短路電流 直接經(jīng)輸電線路流入大地，在變電站的接地阻抗、架空地線的材料和型號、輸電線路桿塔的 接地阻抗一定的情況下，這種接地方式的分流系數(shù)最大，變電站內(nèi)的入地短路電流最小，跨 步電壓和接觸電壓越低，安全性越高。
[0046] 采用分段絕緣單點接地的方式，當變電站發(fā)生短路時，帶放電間隙的絕緣子擊穿， 構成短路電流的路徑，但是，如果放電間隙的距離正定不合適，可能在發(fā)生短路故障時放電 間隙無法擊穿，此時架空地線不能與大地構成通路，不能起到分流作用，因此分段絕緣、單 點接地方式下，帶電間隙絕緣子的間隙距離整定對架空地線能否起到分流作用具有影響。
[0047] 架空地線奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式，由于地線在輸電線路偶數(shù)桿塔與 地線絕緣，發(fā)生短路故障時，短路電流的路徑只能經(jīng)由輸電線路的技術桿塔流入大地，相當 于增加架空地線各桿塔接地之間的檔距，檔距的大小影響了架空地線的等效阻抗?？梢圆?用基于相分量的回路電流法，計算不同檔距下架空地線的分流系數(shù)，可以看出，檔距越小， 架空地線的分流系數(shù)越大，這主要是由于檔距變小時，地線的總等效阻抗減小，因此架空地 線的分流增大。當檔距>400時，分流系數(shù)基本不再變化。500kV輸電線路檔距較大，因此，采 用奇數(shù)段接地后，檔距雖然增大，但對分流系數(shù)的影響很小，不會顯著增大跨步電壓，保證 了人身安全。
[0048] 本專利利用架空地線分別靠近輸電線路的A相和C相，地線上的感應電壓相角差很 大，所以提出架空地線奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接地方式。對接地方式改進后，架空地線 正常運行時的感應電壓和感應電流進行分析，可以有效的降低架空地線上的感應電壓和感 應電流，有利于架空地線的節(jié)能降耗。
[0049] 架空地線接地方式的改變，引起兩接地點之間的檔距變化，通過對架空地線分流 系數(shù)的影響因素進行分析，研究架空地線接地方式的改變是否會對分流系數(shù)產(chǎn)生影響，地 線接地方式引起的檔距變化，對架空地線分流系數(shù)的影響很小，對變電站入地短路電流的 分布、跨步電壓和基礎電壓的大小影響不大。在不影響架空地線分流的情況下，減小了架空 地線上的電能損耗，減少了金具發(fā)熱的安全隱患。
[0050] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種輸電架空地線新型防雷接地方法，其特征在于，對于輸電線路的雙架空地線包 括第一架空地線與第二架空地線，在輸電線路上設置多個桿塔，其中，按照桿塔排列的順 序，雙架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔進行換位;雙架空地線在輸電線路的奇數(shù)桿塔，均與 桿塔直接連接接地。2. 按照權利要求1所述的輸電架空地線新型防雷接地方法，其特征在于，雙架空地線在 輸電線路的偶數(shù)桿塔進行換位，是通過帶放電間隙的絕緣子與桿塔絕緣，將第一架空電線 換至第二架空地線，將第二架空地線連接至第一架空地線，在偶數(shù)桿塔對架空地線進行換 位。
【文檔編號】H02G13/00GK105958422SQ201610357111
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】夏菲, 孟凡博, 夏宗澤, 黃笑伯, 于曉旭, 趙宏昊, 洪秀斌, 陳鐵義, 陳國順, 王鵬
【申請人】國網(wǎng)遼寧省電力有限公司遼陽供電公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司