一種輸電架空地線新型防雷接地方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明防雷接地領(lǐng)域，具體地來(lái)講為一種輸電架空地線新型防雷接地方法。對(duì)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(shè)置多個(gè)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(jìn)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(dá)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(zhuān)利說(shuō)明】
一種輸電架空地線新型防雷接地方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明防雷接地領(lǐng)域，具體地來(lái)講為一種輸電架空地線新型防雷接地方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shè)，電力走 廊日益緊張;另一方面，大型清潔能源基地和巨型風(fēng)水電站的建設(shè)，要求線路的輸電容量日 益增強(qiáng)。高壓輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)線周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，地線與導(dǎo)線之間會(huì)產(chǎn)生電磁 和靜電場(chǎng)耦合，由于地線至各相導(dǎo)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(yīng)產(chǎn)生沿線分布的縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和靜電感應(yīng)電壓。
[0003] 0PGW兼具通信通道和避雷線的功能，十多年來(lái)已在高壓輸電線路中得到了廣泛應(yīng) 用，特高壓輸電線路依舊采用0PGW作為主導(dǎo)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(diǎn)接地的方式。逐基接 地的接地方式會(huì)使0PGW出現(xiàn)環(huán)流損耗，給輸電線路的節(jié)能降耗帶來(lái)不利影響；同時(shí)，也會(huì)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(wèn) 題。因此，研究分析隨特高壓線路建設(shè)的0PGW光纜的接地方式及其帶來(lái)的影響，探討合理的 接地方式和監(jiān)測(cè)接地情況是很有必要。0PGW在使用時(shí)需要考慮短路熱容量和承受冰、風(fēng)荷 載等機(jī)械強(qiáng)度問(wèn)題，同時(shí)還可能遭受雷擊，這些方面國(guó)內(nèi)外都有大量的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)， 當(dāng)然有些問(wèn)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(wèn)題、原因及對(duì)策等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)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(hù)雙路由雙通道要求，隨輸電線路平行敷設(shè)雙架空地線。在正常運(yùn)行時(shí)， 由于電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)原因，雙架空地線均會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0006] -種輸電架空地線新型防雷接地方法，對(duì)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(shè)置多個(gè)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(jìn)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(jìn)一步地，雙架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔進(jìn)行換位，是通過(guò)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(duì)架空地線進(jìn)行換位。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：
[0009] 本發(fā)明架空地線的偶數(shù)塔通過(guò)帶放電間隙的絕緣子與塔絕緣，并通過(guò)跳線連接， 在偶數(shù)桿塔對(duì)架空地線進(jìn)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(yùn)行時(shí)，第一架空地線與第二架空地 線之間可以構(gòu)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(gòu)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(yīng)電壓得到中 和，降低了雙架空地線的電磁感應(yīng)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(dá)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(duì)分流系數(shù)的影響很小，不會(huì)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(yīng)電壓大大降低。
【附圖說(shuō)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(shí)施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(duì)架空地線的感應(yīng)電流、電壓進(jìn)行分析，然后對(duì)奇數(shù)段接地、偶數(shù)段換位的接 地方式進(jìn)行分析，最后通過(guò)分析分流參數(shù)驗(yàn)證方法的合理及有效性。
[0016] 架空地線中的感應(yīng)電壓：正常運(yùn)行時(shí)，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(jià)深度；
[0019] 架空地線與輸電線路單項(xiàng)導(dǎo)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(dǎo)線之間的互感 阻抗，d12為第一架空地線與輸電線路單相導(dǎo)線之間的距離。正常情況下，輸電線路a，b，c三 相電流對(duì)稱(chēng)平衡，即：
[0021] Ia+Ib+Ic = 0
[0022] 正常運(yùn)行時(shí)，架空地線上的感應(yīng)電壓是架空地線對(duì)a，b，c三相導(dǎo)線的感應(yīng)電壓之 和：
[0024]式中：Ei為架空地線正常運(yùn)行時(shí)的電磁感應(yīng)電壓，Ia、Ib、I c為a、b、c三相導(dǎo)線的負(fù) 荷電流，dla，d2a，dlc為架空地線至a、b、c三相導(dǎo)線間的距離?？梢钥闯觯芸盏鼐€的電磁感應(yīng) 電壓與正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線流過(guò)的三相平衡負(fù)荷電流成正比，架空地線施工安裝完畢后，與輸 電線路流過(guò)的負(fù)荷電流越大，架空地線上的電磁感應(yīng)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(hù)范圍，減小保護(hù)角，降低 雷擊的繞擊率。雙架空地線一般對(duì)稱(chēng)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(rèn)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(yīng)電壓可以表示為：
[0029] 其中E2為第二架空地線2的電磁感應(yīng)電壓，d2a，d2b，d2c為第二架空地線至a，b，c三 相導(dǎo)線間的距離。
[0030]再來(lái)看看架空地線的感應(yīng)電流:對(duì)于雙架空地線均采用逐基接地方式時(shí)，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(yīng)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(yīng)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(gè)分量獨(dú)立計(jì)算，并將兩個(gè) 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(jī)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(huì)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(diǎn)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(diǎn)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(yùn)行時(shí)，當(dāng)符合電流過(guò)大放電間隙可能長(zhǎng)期 擊穿，存在安全隱患，而當(dāng)雷擊災(zāi)害發(fā)生時(shí)，又存在著工頻續(xù)流不易切斷、斷電保護(hù)正定不 易配合，線路發(fā)生單項(xiàng)接地故障時(shí)，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(diǎn)接地方式時(shí)，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(wèn)題。針對(duì)以上架空地線接地方式存在的問(wèn)題，本專(zhuān)利對(duì)架空地線的接地方式進(jìn) 行改進(jìn)，提出架空地線在輸電線路的偶數(shù)桿塔通過(guò)帶放電間隙的絕緣子與桿塔絕緣，并通 過(guò)連接跳數(shù)，在偶數(shù)桿塔對(duì)架空地線進(jìn)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(shù)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(yùn)行時(shí)，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(yīng)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(yīng)電壓得到中和，降低了 雙架空地線的電磁感應(yīng)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(shí)，由于雙架空地線在兩端的技術(shù)塔均 直接與桿塔相連，因此正常運(yùn)行時(shí)，第一架空地線與第二架空地線之間可以構(gòu)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(gòu)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(jiàn)，架空地線大 地環(huán)流回路的電磁感應(yīng)電壓可以衷示為：
[0039] 與前面得到的感應(yīng)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(yīng)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(gè)桿塔接地電阻，Zo表示大地回路自阻抗，Z r2表示第二個(gè)桿塔接地電 阻。
[0040] 下面再來(lái)談?wù)劯倪M(jìn)的接地方式對(duì)分流系數(shù)的影響：發(fā)電廠、變電站內(nèi)變壓器中性 點(diǎn)的接地方式分為兩種:一種為中性點(diǎn)直接接地、另一種為中性點(diǎn)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(diǎn)直接接地方式，以滿(mǎn)足設(shè)備的絕緣配 合要求，保證電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)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(shí)的接地故障電流不斷增大，給電力系統(tǒng)帶來(lái)以下幾個(gè)不良影響：
[0041] (1)電網(wǎng)投資費(fèi)用增加:短路電流的增加，要求斷路器在發(fā)生故障時(shí)開(kāi)斷短路電流 的水平增大，同時(shí)使得現(xiàn)有電氣設(shè)備的額定電流、電氣絕緣等不能滿(mǎn)足要求，因此在進(jìn)行電 網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和改造時(shí)，設(shè)計(jì)人員不得不選擇高絕緣水平、高開(kāi)斷電流、高額定電容的電氣設(shè) 備，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用大幅提高。
[0042] (2)對(duì)電氣設(shè)備的安全造成威脅:短路電流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)接地，流入變電站接地 網(wǎng)。短路電流的增大導(dǎo)致變電站的地點(diǎn)為升高，威脅變壓器的匝間絕緣。地點(diǎn)為的升高會(huì)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(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)＜叭?身安全。
[0043] (3)對(duì)通信線路產(chǎn)生的危害;特高壓輸電線路，0PGW不對(duì)稱(chēng)接地短路時(shí)，短路電流 會(huì)在相鄰線路上感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)，對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。
[0044] 變電站站內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，短路電流由變壓器兩側(cè)無(wú)窮遠(yuǎn)端的電源提供，而不僅僅 來(lái)自短路側(cè)的電源，根據(jù)基爾霍夫定律，短路電流最終將流回兩側(cè)的電源。因此，短路電流 將分為兩個(gè)部分:一部分短路電流直接通過(guò)接地系統(tǒng)由大地流向無(wú)窮遠(yuǎn)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(diǎn)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(guò)變壓器中性點(diǎn)和輸電線路的架空地線流出接地網(wǎng)，通過(guò)架空地線流回 電源的短路電流，在逐基經(jīng)過(guò)桿塔接地時(shí)，又會(huì)有部分電流通過(guò)桿塔接地系統(tǒng)流向大地，剩 余的電流通過(guò)架空地線流回電源。
[0045] 變電站發(fā)生短路時(shí)，短路電流一部分是通過(guò)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(duì)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(hào)、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(diǎn)接地的方式，當(dāng)變電站發(fā)生短路時(shí)，帶放電間隙的絕緣子擊穿， 構(gòu)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(shí)放電 間隙無(wú)法擊穿，此時(shí)架空地線不能與大地構(gòu)成通路，不能起到分流作用，因此分段絕緣、單 點(diǎn)接地方式下，帶電間隙絕緣子的間隙距離整定對(duì)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(shí)，短路電流的路徑只能經(jīng)由輸電線路的技術(shù)桿塔流入大地，相當(dāng) 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(jì)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(shí)，地線的總等效阻抗減小，因此架空地 線的分流增大。當(dāng)檔距>400時(shí)，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(duì)分流系數(shù)的影響很小，不會(huì)顯著增大跨步電壓，保證 了人身安全。
[0048] 本專(zhuān)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(yīng)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(duì)接地方式改進(jìn)后，架空地線 正常運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流進(jìn)行分析，可以有效的降低架空地線上的感應(yīng)電壓和感 應(yīng)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(diǎn)之間的檔距變化，通過(guò)對(duì)架空地線分流 系數(shù)的影響因素進(jìn)行分析，研究架空地線接地方式的改變是否會(huì)對(duì)分流系數(shù)產(chǎn)生影響，地 線接地方式引起的檔距變化，對(duì)架空地線分流系數(shù)的影響很小，對(duì)變電站入地短路電流的 分布、跨步電壓和基礎(chǔ)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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸電架空地線新型防雷接地方法，其特征在于，對(duì)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(shè)置多個(gè)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(jìn)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(quán)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(jìn)行換位，是通過(guò)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(duì)架空地線進(jìn)行換 位。
【文檔編號(hào)】H02G13/00GK105958422SQ201610357111
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)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(guó)順, 王鵬
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司遼陽(yáng)供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司