基于ATP的220kV同塔双回交流输电线路的感应电仿真分析

王首伟，王璐燕

(1.当阳市供电公司，湖北 当阳 444100;2.江苏智方建设工程有限公司，上海 200000)

1 引言

为节省输电线路走廊占地面积，220kV输电线路大多采用同塔双回的运行方式，由于电磁耦合的原因，其中一回运行，一回停运时，运行线路将会对停运线路产生感应电压和感应电流，当线路感应电压和感应电流过大时，将会对检修作业人员的安全构成威胁[1－3]。2009年1月，广西电网公司某供电局在进行110kV线路作业时就曾发生一起感应电击死亡事故。因此研究分析同塔多回输电线路在交叉、跨越、近距离平行、绝缘避雷线作业以及同塔多回线路等复杂情况下的线路感应电具有重要意义，对确保线路人员的作业安全具有重要的意义。

为确定出220kV同塔双回输电线路的感应电压值，进一步分析影响线路感应电的各种因素，找到更合理的感应电防护办法，以耦合较为严重的某220kV同塔双回线路参考模型，利用ATPdraw仿真软件进行了仿真计算和分析。

2 同塔双回交流线路的感应电压和感应电流原理分析

典型的同塔双回输电线路的感应电压和感应电流原理图如图 1[4]所示。

CAa、CBa、CCa和 MAa、MBa、MCa分别为运行线路 A、B、C三相与检修线路a相之间的单位长度互电容和互电感，Ca0和L分别为检修线路a相单位长度对地电容和电感，l为线路长度，运行线路各项运行电压和运行电流分别为 UA、UB、UC和 IA、IB、IC。为方便分析，本文忽略运行线路对地电容和线间电容、检修线线间电容、沿线电阻、全部对地有功泄露。

图1 同塔双回路感应电压感应电流示意图

对线路产生的耦合电压进行分析，其感应电压分为静电感应电压和电磁感应电压[2]，静电感应电压是由于线路和线路之间的互电容耦合产生，其大小主要和电力线路的电压等级、电力线路和其他线路之间的距离，电力线路运行状态以及电力线路同其他线路的并行长度有关。电磁感应电压是交变的磁场在线路上感应产生的。当电力线路和被干扰线路之间有足够大的距离时，感性耦合可以忽略;如果电力线路和被干扰线路共用一个传输走廊，电力线路在正常负荷状态下将产生的耦合电压足以对人体造成致命伤害。

3 仿真模型的建立

3.1 线路参数

该线路电压等级为220kV，线路全长约55km，同塔架设，大部分穿越平原地带。杆塔平均呼称高为18m，避雷线高度为34m，顶相高为31m。上下横担间距平均为6.5m。主要塔形:自立塔。导线型号:LGJ－300/25;避雷线(地线)型号:LGJ－50/8;线路平均档距:250m;避雷线接地方式:直接与铁塔相连。线路换位方式:全线无换位。负荷情况:正常情况输送功率15MW。功率因数0.85，大地电阻率取100Ω·m。杆塔接地电阻15Ω、杆塔电感0.5μH/m。

3.2 仿真结果

根据线路可能出现的运行方式，利用ATPdraw对各种工况进行仿真。

3.2.1 停运线路处于冷备用状态:停电线路首端、1/4处、1/2处、线路末端沿线的感应电压仿真

从上图可以看出:当停运线路处于该状态时，导线存在很大的感应电压。

3.2.2 停运线路首端(靠近受电端)接地时:停运线路沿线的感应电压仿真

因为线路首端接地，故停运线路首端电压为0。

图2 停运线路处于冷备用状态时线路各段仿真所测感应电压的波形图

图3 停运线路处于首端接地时线路各段仿真所测感应电压的波形图

从图3可以看出:当线路首端接地时，停运线路的感应电压相对于与冷备用状态时已经降低了很多，且越靠近接地端时，感应电压降低的越多，但是还没有达到人体能承受的安全电压的范围内。

3.2.3 停运线路末端(送电端)接地:停运线路沿线的感应电压大小仿真

末端接地点电压为0。

图4表明:停运线路末端接地时，停运线路的感应电压相对于冷备用状态而言也减小了很多，但是仍然有上kV的电压，要在停运线路上检修是直接威胁的生命安全的。

3.2.4 停运线路处于检修状态(停运线路两端加挂接地线):停运线路沿线感应电压大小仿真

图4 停运线路处于末端接地时线路各段仿真所测感应电压的波形图

图5 停运线路处于检修状态时线路各段仿真所测感应电压的波形图

为了能保证停运线路的安全检修，停运线路两端加挂接地线是必须采取的措施，图5则反映了该种工况下停运线路感应电压的大小。从仿真结果看出，虽然在线路两端加挂了接地线，但是当线路过长时，远离接地端的中间线路仍然存在很大的感应电压，对于36V[6]的安全电压而言，几百伏的电压值对人体来说，仍然是不可承受的。

3.2.5 为了分析加挂接地线对全线感应电压的影响，本文还模拟了接地线加挂在线路离线路两端的1/4处和线路中间1/2处的情况下感应电压的大小

图6 停运线路处于检修状态时线路各段仿真所测感应电压的波形图

上图说明:当在线路中间也加挂接地线时，感应电压大幅度的降低，已接近人体的安全电压，换言之，如果我们在线路检修的工作点加挂接地线，则工作点附近的感应电压可以降低到人体承受的安全电压之内，从而保证作业的安全。由图6可知，线路接地对降低沿线的感应电压非常明显，因此，对于线路感应电较强的线路，特别是同塔双回或平行、交叉跨越的线路，加挂临时接地线是降低全线感应电压的最有效的措施[7]。此处需要注意的是:线路加挂两条临时接地线后，有电流流过停电检修线路地闸。由于环流的原因，加挂的接地线越多，线路首端的电流越大。如果线路首端不经刀闸分合而直接拆卸停运线路接地线，较大的电流将将产生电弧和过电压，对作业人员造成严重的伤害。

4 感应电压的安全防护措施

仿真结果表明:停电检修线路上的感应电压远远超过人体能承受的安全电压36V，当塔上作业人员处于零电位作业时，如果没有经过防护措施而与带有较高感应电压的停电线路(包括绝缘架空避雷线)直接接触，将会直接对人体造成电击。对复杂的线路运行环境(存在交叉、跨越、近距离平行以及同塔多回线路作业等情况)，将工作范围用接地线封好、封牢、封实是防止感应电伤害的关键。

4.1 避开负荷高峰期登塔作业

4.2 尽量采用接地刀闸接地[7]

应该在线路接地时尽量使用接地刀闸。如果无法使用，则接地时应先合上接地刀闸，挂接地线后再拉开接地刀闸;同样，拆除接地线前先合上接地刀闸，拆除地线后才能拉开接地刀闸。

4.3 采用合格的接地线并确保接地牢固有效

接地线是塔上作业人员的生命线。接地线的阻抗大小对线路感应电压影响很大，因此，接地线必须采用带有绝缘外层多股软铜线，阻抗尽可能小且满足截面积要求以及短路对热稳定性和动稳定性的要求。人在线路上作业时，接地线极易受到牵扯，如果接地线的导线端和接地端因为受力而脱落，人体将可能直接接触带有较高感应电的停电线路(绝缘避雷线)，从而对人生命造成严重威胁。

4.4 采用安全、合理的接地方式[8]

根据前面的仿真分析，当工作段线路运行环境较单一时，线路作业人员可以根据实际情况，在相距1km的地方挂接两组接地线，作业人员在接地线保护范围内的多个杆塔作业点上工作时，可以不必挂接个人保安接地线，以减少线路作业人员工工作量，提高工作效率。当线路环境复杂时，可视情况在工作点上再加挂个人保安接地线，以防止感应电压对人体的伤害。

4.5 塔上采用绝缘绳传递作业工具[9]