一种输电架空地线新型防雷接地方法
【专利摘要】本发明防雷接地领域，具体地来讲为一种输电架空地线新型防雷接地方法。对于输电线路的双架空地线包括第一架空地线与第二架空地线，在输电线路上设置多个杆塔，其中，按照杆塔排列的顺序，双架空地线在输电线路的偶数杆塔进行换位；双架空地线在输电线路的奇数杆塔，均与杆塔直接连接接地。本发明采用改变架空地线的接地方式，有利于架空地线的节能降耗。采用奇数段接地、偶数段换位的接地方式，达到了降低环流和损坏，不但防止了金具的发热，并且地线的分流系数影响不大。
【专利说明】
一种输电架空地线新型防雷接地方法
技术领域
[0001] 本发明防雷接地领域，具体地来讲为一种输电架空地线新型防雷接地方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展，全球能源互联网概念的提出，特高压大量筹划建设，电力走 廊日益紧张;另一方面，大型清洁能源基地和巨型风水电站的建设，要求线路的输电容量日 益增强。高压输电线路正常运行时，导线周围会产生强电磁场，地线与导线之间会产生电磁 和静电场耦合，由于地线至各相导线的距离一般不相等，它们之间的互感就有差别。因此， 在地线上感应产生沿线分布的纵向感应电动势和静电感应电压。
[0003] 0PGW兼具通信通道和避雷线的功能，十多年来已在高压输电线路中得到了广泛应 用，特高压输电线路依旧采用0PGW作为主导通信传输手段。在接地方式上，目前在工程中 0PGW基本采用逐基接地的方式.而普通避雷线则多采用分段绝缘、一点接地的方式。逐基接 地的接地方式会使0PGW出现环流损耗，给输电线路的节能降耗带来不利影响；同时，也会因 同一塔上普通避雷线和0PGW接地方式的不同使0PGW遭雷击概率增大，造成断股损坏的问 题。因此，研究分析随特高压线路建设的0PGW光缆的接地方式及其带来的影响，探讨合理的 接地方式和监测接地情况是很有必要。0PGW在使用时需要考虑短路热容量和承受冰、风荷 载等机械强度问题，同时还可能遭受雷击，这些方面国内外都有大量的设计运行经验教训， 当然有些问题还处于探索阶段，如部分省份的0PGW多处发生雷击断股问题、原因及对策等。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种输电架空地线新型防雷接地方法，解决 输电线路继电保护双路由双通道要求，随输电线路平行敷设双架空地线。在正常运行时， 由于电磁感应和静电感应原因，双架空地线均会产生感应电压的问题。
[0005] 本发明是这样实现的，
[0006] -种输电架空地线新型防雷接地方法，对于输电线路的双架空地线包括第一架空 地线与第二架空地线，在输电线路上设置多个杆塔，其中，按照杆塔排列的顺序，双架空地 线在输电线路的偶数杆塔进行换位;双架空地线在输电线路的奇数杆塔，均与杆塔直接连 接接地。
[0007] 进一步地，双架空地线在输电线路的偶数杆塔进行换位，是通过带放电间隙的绝 缘子与杆塔绝缘，将第一架空电线换至第二架空地线，将第二架空地线连接至第一架空地 线，在偶数杆塔对架空地线进行换位。
[0008] 本发明与现有技术相比，有益效果在于：
[0009] 本发明架空地线的偶数塔通过带放电间隙的绝缘子与塔绝缘，并通过跳线连接， 在偶数杆塔对架空地线进行换位;双架空地线在输电线路的奇数直接连接接地。由于双架 空地线在两端的奇数塔均直接与杆塔相连，因此正常运行时，第一架空地线与第二架空地 线之间可以构成电流环路，而第一架空地线、第二架空地线与大地之间可以分别构成大地 环流回路，换位前一段地线的电压与换位后一段的电压相角差很大，总的感应电压得到中 和，降低了双架空地线的电磁感应电压和电流，可以起到降低电能损耗的作用。
[0010] 采用改变架空地线的接地方式，有利于架空地线的节能降耗。采用奇数段接地、偶 数段换位的接地方式，达到了降低环流和损坏，不但防止了金具的发热，并且地线的分流系 数影响不大。采用奇数段接地后，档距虽然增大，但对分流系数的影响很小，不会显著增大 跨步电压，保证了人身安全。采用奇数段接地、偶数段换位后，架空地线的大地环流环路的 电磁感应电压大大降低。
【附图说明】
[0011] 图1为双架空地线环流等效电路图；
[0012] 图2为奇数段接地、偶数段换位示意图；
[0013] 图3为奇数段接地、偶数段换位大地环流回路图。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0015] 首先对架空地线的感应电流、电压进行分析，然后对奇数段接地、偶数段换位的接 地方式进行分析，最后通过分析分流参数验证方法的合理及有效性。
[0016] 架空地线中的感应电压：正常运行时，架空地线以大地为回路的自阻抗可以表示 为：
[0018] 其中：Zi为第一架空地线与大地回路的自阻抗，R为架空地线的电阻，r为架空地线 的有效半径，Do为地中电流的等价深度；
[0019] 架空地线与输电线路单项导线之间的互阻抗为：
其中：Z12为第一架空地线与输电线路单相导线之间的互感 阻抗，d12为第一架空地线与输电线路单相导线之间的距离。正常情况下，输电线路a，b，c三 相电流对称平衡，即：
[0021] Ia+Ib+Ic = 0
[0022] 正常运行时，架空地线上的感应电压是架空地线对a，b，c三相导线的感应电压之 和：
[0024]式中：Ei为架空地线正常运行时的电磁感应电压，Ia、Ib、I c为a、b、c三相导线的负 荷电流，dla，d2a，dlc为架空地线至a、b、c三相导线间的距离。可以看出，架空地线的电磁感应 电压与正常运行时导线流过的三相平衡负荷电流成正比，架空地线施工安装完毕后，与输 电线路流过的负荷电流越大，架空地线上的电磁感应电压就越大。
[0025] 输电线路架空地线采用双架空地线，以增加架空地线保护范围，减小保护角，降低 雷击的绕击率。双架空地线一般对称布置，第一架空地线靠近输电线路的a相，第二架空地 线则靠近输电线路的c相，可以近似认为：
[0026] dia = d2c dib = d2b dic = d2c
[0027] _此双架空地线中，第二架空地线的电磁感应电压可以表示为：
[0029] 其中E2为第二架空地线2的电磁感应电压，d2a，d2b，d2c为第二架空地线至a，b，c三 相导线间的距离。
[0030]再来看看架空地线的感应电流:对于双架空地线均采用逐基接地方式时，双架空 地线均直接与输电线路杆塔相连，由于第一架空地线、第二架空地线的感应电压￡1与￡2大 小、方向均不相同，因此，在第一架空地线与第二架空地线之间将产生环流，其电流回路如 图1所示:架空地线环路所产生的感应电压叠加为：
[0032]其中图1中，Zhl Zh2分别表示第一架空地线的阻抗和第二架空地线的阻抗，Zh表示 架空地线阻抗。
[0033] 架空地线的逐基接地还将产生大地环流，可以作为两个分量独立计算，并将两个 分量电流、电压所产生的电能损耗叠加，即可求出双架空地线均采用主机直接接地方式下 架空地线的电能损耗。
[0034] 如果双架空地线中仅单条地线逐基接地，由于其中的一条架空地线与输电线路杆 塔绝缘，因此不会在两条架空地线之间产生环流分量。仅在逐基直接接地架空地线中产生 大地环流分量，仅在逐基直接接地的架空地线中产生大地环流分量Id，架空地线的电能损 耗主要由大地环流产生。
[0035] 而奇数段接地、偶数段换位接地方式:特高压输电线路一般采用双架空地线，一条 架空地线采用逐基直接接地方式、另一条采用分段绝缘单点接地方式，架空地线的电能损 耗主要由采用逐基直接接地方式的损耗，但另一条分段绝缘单点接地方式的架空地线由于 带放电间隙的绝缘子的距离不易整定，在正常运行时，当符合电流过大放电间隙可能长期 击穿，存在安全隐患，而当雷击灾害发生时，又存在着工频续流不易切断、断电保护正定不 易配合，线路发生单项接地故障时，不能起到很好的分流作用等不足。双架空地线均采用分 段绝缘单点接地方式时，产生的电能损耗最小，但同样存在着带放电间隙的绝缘子距离不 易正定的问题。针对以上架空地线接地方式存在的问题，本专利对架空地线的接地方式进 行改进，提出架空地线在输电线路的偶数杆塔通过带放电间隙的绝缘子与杆塔绝缘，并通 过连接跳数，在偶数杆塔对架空地线进行换位;奇数段接地是指，双架空地线在输电线路的 奇数杆塔，均与杆塔直接连接接地。架空地线技术段接地、偶数段换位的示意图如图2。 [0036]如图2所示，正常运行时，第一架空地线与第二架空地线分别靠近输电线路的a相 和c相，产生的电磁感应电压相角差很大。因此，采用偶数段换位后，两条架空地线中的1条 换位前一段地线的电压与换位后一段的电压相角差很大，总的感应电压得到中和，降低了 双架空地线的电磁感应电压和电流，可以起到降低电能损耗的作用。
[0037]双架空地线采用奇数段接地、偶数段换位时，由于双架空地线在两端的技术塔均 直接与杆塔相连，因此正常运行时，第一架空地线与第二架空地线之间可以构成电流环路， 而第一架空地线、第二架空地线与大地之间可以分别构成大地环流回路，奇数段接地、偶数 段换位后，架空地线与大地环流回路的等效电流回路如图3所示。由图3可以见，架空地线大 地环流回路的电磁感应电压可以衷示为：
[0039] 与前面得到的感应电压值比较，采用奇数段接地、偶数段换位后，架空地线的大地 环流环路的电磁感应电压大大降低。图3中Zdl是第一架空地线的自阻抗，Z d2为第二架空地 线的自阻抗，Zrl为第一个杆塔接地电阻，Zo表示大地回路自阻抗，Z r2表示第二个杆塔接地电 阻。
[0040] 下面再来谈谈改进的接地方式对分流系数的影响：发电厂、变电站内变压器中性 点的接地方式分为两种:一种为中性点直接接地、另一种为中性点不接地或经消弧线圈接 地，特高压变电站站内的接地方式，一般均采用中性点直接接地方式，以满足设备的绝缘配 合要求，保证电力设备的安全可靠运行。随着电力系统容量的不断提升，变电站接地短路电 流水平不断提高，故障时的接地故障电流不断增大，给电力系统带来以下几个不良影响：
[0041] (1)电网投资费用增加:短路电流的增加，要求断路器在发生故障时开断短路电流 的水平增大，同时使得现有电气设备的额定电流、电气绝缘等不能满足要求，因此在进行电 网规划设计和改造时，设计人员不得不选择高绝缘水平、高开断电流、高额定电容的电气设 备，导致设备费用大幅提高。
[0042] (2)对电气设备的安全造成威胁:短路电流经变压器中性点接地，流入变电站接地 网。短路电流的增大导致变电站的地点为升高，威胁变压器的匝间绝缘。地点为的升高会产 生较大的接触电压和跨步电压，直接危害到变电站内设备的安全稳定运行，甚至会危及人 身安全。
[0043] (3)对通信线路产生的危害;特高压输电线路，0PGW不对称接地短路时，短路电流 会在相邻线路上感应出很大的电动势，对通信线路产生干扰。
[0044] 变电站站内发生短路时，短路电流由变压器两侧无穷远端的电源提供，而不仅仅 来自短路侧的电源，根据基尔霍夫定律，短路电流最终将流回两侧的电源。因此，短路电流 将分为两个部分:一部分短路电流直接通过接地系统由大地流向无穷远端的电源;若架空 地线采用逐基直接接地方式，由于变压器中性点和架空地线都连接在变电站接地网上，另 一部分短路电流通过变压器中性点和输电线路的架空地线流出接地网，通过架空地线流回 电源的短路电流，在逐基经过杆塔接地时，又会有部分电流通过杆塔接地系统流向大地，剩 余的电流通过架空地线流回电源。
[0045] 变电站发生短路时，短路电流一部分是通过架空地线经输电线路杆塔流入大地， 因此，架空地线的接地方式不同，对分流系数影响不同。采用逐基直接接地凡是，短路电流 直接经输电线路流入大地，在变电站的接地阻抗、架空地线的材料和型号、输电线路杆塔的 接地阻抗一定的情况下，这种接地方式的分流系数最大，变电站内的入地短路电流最小，跨 步电压和接触电压越低，安全性越高。
[0046] 采用分段绝缘单点接地的方式，当变电站发生短路时，带放电间隙的绝缘子击穿， 构成短路电流的路径，但是，如果放电间隙的距离正定不合适，可能在发生短路故障时放电 间隙无法击穿，此时架空地线不能与大地构成通路，不能起到分流作用，因此分段绝缘、单 点接地方式下，带电间隙绝缘子的间隙距离整定对架空地线能否起到分流作用具有影响。
[0047] 架空地线奇数段接地、偶数段换位的接地方式，由于地线在输电线路偶数杆塔与 地线绝缘，发生短路故障时，短路电流的路径只能经由输电线路的技术杆塔流入大地，相当 于增加架空地线各杆塔接地之间的档距，档距的大小影响了架空地线的等效阻抗。可以采 用基于相分量的回路电流法，计算不同档距下架空地线的分流系数，可以看出，档距越小， 架空地线的分流系数越大，这主要是由于档距变小时，地线的总等效阻抗减小，因此架空地 线的分流增大。当档距>400时，分流系数基本不再变化。500kV输电线路档距较大，因此，采 用奇数段接地后，档距虽然增大，但对分流系数的影响很小，不会显著增大跨步电压，保证 了人身安全。
[0048] 本专利利用架空地线分别靠近输电线路的A相和C相，地线上的感应电压相角差很 大，所以提出架空地线奇数段接地、偶数段换位的接地方式。对接地方式改进后，架空地线 正常运行时的感应电压和感应电流进行分析，可以有效的降低架空地线上的感应电压和感 应电流，有利于架空地线的节能降耗。
[0049] 架空地线接地方式的改变，引起两接地点之间的档距变化，通过对架空地线分流 系数的影响因素进行分析，研究架空地线接地方式的改变是否会对分流系数产生影响，地 线接地方式引起的档距变化，对架空地线分流系数的影响很小，对变电站入地短路电流的 分布、跨步电压和基础电压的大小影响不大。在不影响架空地线分流的情况下，减小了架空 地线上的电能损耗，减少了金具发热的安全隐患。
[0050] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种输电架空地线新型防雷接地方法，其特征在于，对于输电线路的双架空地线包 括第一架空地线与第二架空地线，在输电线路上设置多个杆塔，其中，按照杆塔排列的顺 序，双架空地线在输电线路的偶数杆塔进行换位;双架空地线在输电线路的奇数杆塔，均与 杆塔直接连接接地。2. 按照权利要求1所述的输电架空地线新型防雷接地方法，其特征在于，双架空地线在 输电线路的偶数杆塔进行换位，是通过带放电间隙的绝缘子与杆塔绝缘，将第一架空电线 换至第二架空地线，将第二架空地线连接至第一架空地线，在偶数杆塔对架空地线进行换 位。
【文档编号】H02G13/00GK105958422SQ201610357111
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】夏菲, 孟凡博, 夏宗泽, 黄笑伯, 于晓旭, 赵宏昊, 洪秀斌, 陈铁义, 陈国顺, 王鹏
【申请人】国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司, 国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司