1 000kV 同塔双回线路地线感应电压和感应电流计算分析

郭志涛

（海南电力设计研究院，海南 海口570100）

0 引言

架空输电线路沿线架设地线是高压输电线路最基本的防雷措施，其主要作用为防止雷直击导线。一般地线至各相导线的距离是不相等的，导致地线与各相导线之间的互感也不一样，尽管各相导线上的负荷电流平衡，但在地线上仍然要感应出一个纵电动势。如果地线逐基接地，与大地形成一个回路，则在地线上就要产生感应电流，其结果就是增加了线路的电能损失。

1 000kV 线路的架空地线通常一根采用普通地线绝缘运行，另一根采用OPGW 光缆接地运行。普通地线一端接地，另一端绝缘，在普通地线上会产生较大的感应电压。OPGW 光缆逐基接地，在OPGW 光缆上会产生较大的感应电流。

为此，本文以1 000kV 同塔双回线路为研究对象，利用ATP－EMTP程序计算分析同塔双回线路地线感应电压和感应电流，并对导地线距离、接地电阻、耐张段长度、输送容量、单回运行等影响因素进行分析。

1 计算条件

1.1 计算参数

本工程系统额定电压1 000kV，系统最高运行电压1 100kV；系统输送功率6 000MW，极限输送功率12 000MW；功率因数0.95；导线型号为8×JL/G1A－630/45，导线相序排列方式为逆相序；地线型号：一根普通地线为LBGJ－240－20AC，另一根OPGW 光缆为OPGW－240；绝缘子串长取11m；杆塔呼高取57m；对地距离取22m；导线弧垂24 m，地线弧垂17 m；土壤电阻率取500Ω·m；杆塔接地电阻15Ω。

1.2 杆塔型式

在本文的计算中，采用导线垂直排列方式的伞型塔的塔头尺寸作为计算条件，塔头尺寸如图1所示。

2 计算方法

本文研究采用国际上通用的电力系统分析软件ATPEMTP对1 000kV 线路架空地线的感应电压和感应电流进行计算分析。每个耐张段长度为5km，每档档距为500 m，每个耐张段内有11 基铁塔（含两端的耐张塔），连续7 个5km长耐张段，对于普通地线绝缘运行，在每个耐张段的第一基铁塔上接地，其余铁塔绝缘，OPGW 光缆逐基接地，计算普通地线和OPGW 上的感应电压和感应电流。考虑到耐张段较多，本文计算取线路中间第4 个耐张段的计算结果来代表实际线路的情况，计算结果中的电压、电流均为峰值。

图1 双回路I串塔型

3 感应电压和感应电流的计算与分析

3.1 感应电压和感应电流计算

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，计算第4 个耐张段普通地线感应电压和OPGW 感应电流，计算结果如表1所示。

表1 普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由表1 可以看出，由于普通地线在一个耐张段内一端接地，因此其静电感应电压分量接近于0；受导线上电流的影响，地线上产生电磁感应电压，而且其幅值与距接地点的长度呈正比关系。

由于OPGW 光缆逐基接地，形成闭合回路后，将会在OPGW 光缆上产生电磁感应电流，根据结算结果，其幅值远大于静电感应电流，可达133A 左右。如果地线上的电流增加，则在地线上的损耗也将相应地增加。

3.2 导地线间距离对感应电压和感应电流的影响

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，仅改变导地线间距离，计算第4个耐张段普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流的最大值，计算结果如表2所示。

表2 不同导地线间距离下普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由计算结果可知，感应电压和感应电流均随着导地线间距离的增大而减小。比如导地线间距离由22m 增加到23m，普通地线感应电压减少48.1V，减幅为5%；OPGW 地线感应电流减少4.4A，减幅为3%。

3.3 杆塔接地电阻对感应电压和感应电流的影响

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，仅改变杆塔接地电阻，计算第4个耐张段普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流的最大值，计算结果如表3所示。

表3 不同杆塔接地电阻下普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由计算结果可知，随着杆塔接地电阻的增加，绝缘的普通地线上感应电压也随之增加，接地电阻从10Ω 增加到25 Ω时，地线感应电压从920.1V 增加到940.4V，增加20.3V，增幅为2.2%。

OPGW 地线感应电流随着接地电阻的增加而增大，接地电阻从10Ω 增加到25Ω 时，OPGW 感应电流从132.1A 增加到136A，增加3.9A，增幅为3%。地线感应电流的增大表明地线损耗的增加，因此在工程设计中，应尽量降低杆塔的接地电阻，这样可以降低绝缘地线上的感应电压和接地地线上的感应电流。同时，降低杆塔接地电阻还可以提高线路的反击耐雷水平，对于1 000kV 同塔双回输电线路而言，考虑到铁塔全高在100m 左右，很容易遭受雷击，因此为提高线路供电的安全性，应尽量降低杆塔接地电阻。

3.4 耐张段长度对感应电压和感应电流的影响

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，仅改变耐张段长度，计算第4个耐张段普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流的最大值，计算结果如表4所示。

表4 不同耐张段长度下普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由计算结果可知，随着线路耐张段长度的增加，绝缘的普通地线上感应电压也随之增加，基本呈线性关系，OPGW 地线感应电流有所减小。耐张段长度从5km 增加到6km 时，地线感应电压从926.3V 增加到1 113.6V，增加187.3V，增幅为20.2%；OPGW 地线感应电流从133.5A 减少到132.8A，略有降低，变化较小。

3.5 输送容量对感应电压和感应电流的影响

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，仅改变线路的输送容量，计算第4个耐张段普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流的最大值，计算结果如表5所示。

表5 不同输送容量下普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由计算结果可知，随着输送容量的增加，绝缘的普通地线上感应电压也随之增加，OPGW 地线感应电流也随之增加，基本呈线性关系。输送容量从4 000 MW 增加到6 000 MW 时，地线感应电压从618.6V 增加到926.3V，增加307.7V，增幅为49.7%；OPGW 感应电流从89.4 A 增加到133.5 A，增加44.1A，增幅为49.3%。

3.6 双回线路单回运行对感应电压和感应电流的影响

同塔双回线路在实际运行中存在单回运行的情况，有必要对这种情况下地线上的感应电压和感应电流进行分析。计算靠近普通地线侧回路运行、靠近OPGW 侧回路运行和双回路同时运行时地线上的感应电压和感应电流，计算结果如表6所示。

表6 单回运行时普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

从计算结果可以看出，当绝缘普通地线侧单回路运行时，绝缘普通地线上感应电压最高，大于双回路同时运行时的感应电压，OPGW 侧单回运行时绝缘普通地线上的感应电压最小；当OPGW 侧单回路运行时，OPGW 地线上感应电流最大，大于普通地线侧单回运行时的OPGW 地线上感应电流，双回运行时OPGW 地线的感应电流最小。由此可以看出，当单回路运行时，由于系统参数的不对称性，导致了地线电量的变化，因此在进行线路各种参数的确定时，必须考虑这种不对称运行带来的影响。

3.7 地线直径对感应电压和感应电流的影响

保持计算用系统参数和塔头尺寸不变，仅改变地线直径，计算第4个耐张段普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流的最大值，计算结果如表7所示。

表7 不同地线直径下普通地线感应电压和OPGW 地线感应电流

由计算结果可知，地线直径对普通感应电压和OPGW 地线感应电流的影响均很小，地线直径从16mm 增加到20mm，地线上的最大感应电压增加3.6V，增幅约为0.4%；感应电流增加1.3A，增幅约为1%。因此，感应电压和感应电流对直径的变化不敏感。

4 结论

综合本文的计算和分析，主要结论如下：

（1）1 000kV 线路正常运行情况下，耐张段长5km 时，普通地线感应电压最大值为926.3V，感应电压幅值与距接地点的长度呈正比关系；OPGW 地线感应电流在133A 左右。

（2）感应电压和感应电流均随着导地线间距离的增大而减小；随着杆塔接地电阻的增加，绝缘的普通地线上感应电压和OPGW 地线感应电流均随之增加；随着线路耐张段长度的增加，绝缘的普通地线上感应电压也在增加，基本呈线性关系，OPGW 地线感应电流略有降低，变化较小。

（3）线路输送容量、双回线路单回运行等因素对感应电压感应电流均有较大影响，在进行线路各种参数的确定时，必须考虑上述因素的影响；地线直径对感应电压和感应电流影响较小。

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