500kV同塔双回线路地线的感应电压电流研究

陶修哲

(国网湖北省电力有限公司直流运检公司，湖北 宜昌 443000)

1 引言

现如今，我国特高压输电技术发展迅速，社会生产与电力能源之间的联系越发紧密，社会各界对供电可靠性的要求也越来越高[1]。为符合电力能源发展的需求，我国超高压及特高压输电线路明显增多，电能输送距离远，送电容量大，但在电能损耗方面也带来了不小的问题[2]。

随着我国电网覆盖范围的扩大，杆塔高度不断增加，造成雷击杆塔的几率也随之升高[3]。雷电侵害对输电网络安全性的危害极大，从而造成严重的经济损失。架空地线是减小输电线路雷击概率的有效措施，是输电线路中不可缺少的一部分[4]。基于上述分析，本文结合输电线路在不同运行工况的特点，重点研究架空地线的感应环流和感应电压。

2 架空地线的防雷作用

架空地线是防范直击雷的有效措施，同时拥有降低雷击杆塔过电压的功能，雷击大地时，降低感应雷过电压[5]。

(1)防直击雷

雷云对地进行放电时，雷云与地面间会形成强电场，整个场强一旦达到雷云的放电值，由雷云放电形成的先导通道到达输电线路后，首先与架空地线相遇，此时的雷电流将沿着架空地线流入大地，因此防止保护范围内的输电线路遭受雷击的侵害。在架设架空地线的输电线路中，其遭受雷击的概率通常低于0.1%[6]。

(2)降低雷电杆塔的过电压

架空地线的架设能够有效降低塔顶电位，对雷电流有分流的作用。含架空地线的输电线路，带电线路间的耦合作用会使雷击后绝缘子两端的电压相对降低，同时保证输电线路的安全稳定运行[7]。

3 感应电压电流影响因素分析

3.1 导线排列方式的影响

图1表示的是系统双回运行时，各种导线排布方式下架空地线电流的幅值变化曲线。从图中可知，水平方向、正三角和倒三角三种不同的导线排布方式中，感应环流的变化曲线呈现首末两端低，中间高的趋势。随着杆塔段号增大，架空地线中感应环流先增大后减小，并且在线路中段维持较高的水平。在三种排布方式中，水平排列的方式，架空地线的感应环流在整个过程中的变化幅度最小，从而可以看出，导线在水平方向排布时，其地线所造成的电能损耗最低。

图1 感应环流沿线分布

3.2 导线回路间距的影响

图2表示的是系统双回运行时，导线之间距离的大小对架空地线中感应环流的影响情况。从图中可知，随着导线间距的变化，感应环流并无明显变化。图3是导线回路间距对感应电压的影响，根据其曲线变化趋势，架空地线的感应电压与回路间距呈现负相关。

图2 感应环流沿线分布

图3 感应电压变化规律

3.3 线路长度的影响

图4表示的是不同长度输电线路下，架空地线中感应环流沿线的变化规律。当线路长度超过6km时，在架空地线的电能损耗方面，线路长度对其几乎没有影响。当线路长度低于6km时，单位长度的架空地线的电能损耗随线路增长而加大。图5表示的是不同长度输电线路下，架空地线中感应电压的变化规律。从图中可知，架空地线的感应电压与线路长度成正相关。

图4 感应环流沿线分布

图5 感应电压变化规律

通过以上分析，系统双回运行方式下，线路长度对架空地线感应电流和感应电压均会造成一定的影响，甚至增大到超过地线限值。因此，为了保证输电线路安全稳定运行，同塔双回线路架设不宜过长，若线路长度需满足相关要求时，应采取有效措施维持线路运行正常。

3.4 土壤电阻率的影响

图6是不同土壤电阻率下，架空地线中感应电流和感应电压的变化规律曲线。从图中可以看出，差距较大的土壤电阻率下，感应电流会随着土壤电阻率的降低而一定程度上增大。图7是系统双回运行时，架空地线上感应电压随土壤电阻率变化的规律，感应电压则随着土壤电阻率的增大而增大，但整体而言无论是感应电压还是感应电流，受到土壤电阻率的影响都不大。

图6 感应环流沿线分布

图7 感应电压变化规律

4 结论

本文以500kV同塔双回输电线路为主要研究目标，对架空地线中感应环流和感应电压的分布情况进行了仿真。通过对仿真结果的分析，发现导线排列方式、线路长度、导线回路间距、土壤电阻率等因素均可能对同塔双回输电线路的架空地线感应电压及感应环流造成影响。本文的研究成果对后续实际工程设计和理论研究具有一定的参考价值。