超高压线路绝缘架空地线感应电压及其影响因素研究史彬

超高压线路绝缘架空地线感应电压及其影响因素研究史彬
发布时间：2021-10-09T06:29:10.069Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：史彬张渝婉
[导读] 为提高输电线路检修人员的作业安全性及便捷性，考虑实际超高压线路架空地线已采取的接地方式，以一条330kV输电线路为例，采用有限元分析软件对其绝缘架空地线在不同的感应电压进行仿真。

根据仿真结果，设计一种能够有效避免检修人员被绝缘架空地线上的感应电压伤害，同时能将其可靠限制在地电位的专用型接地装置。

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摘要：为提高输电线路检修人员的作业安全性及便捷性，考虑实际超高压线路架空地线已采取的接地方式，以一条330kV输电线路为例，采用有限元分析软件对其绝缘架空地线在不同的感应电压进行仿真。

根据仿真结果，设计一种能够有效避免检修人员被绝缘架空地线上的感应电压伤害，同时能将其可靠限制在地电位的专用型接地装置。

关键词：超高压；绝缘；影响因素
1 绝缘架空地线
架空地线是架设在输电线路上方，为避免输电线路遭受直接雷击而架设的线路，可称为避雷线或地线。

根据材质不同，架空地线可分为普通钢绞地线(GJ)及光纤复合地线(OPGW)。

按接地方式，架空地线可选择逐塔接地、全线绝缘首末两端接地、分段绝缘首端接地、分段绝缘中点接地4种方式架设。

其中除逐塔接地外，采用另外3种架设方式的地线均可称为绝缘架空地线。

绝缘架空地线通过由绝缘子并联一放电间隙与地绝缘，正常运行时间隙不放电，若发生雷击或接地故障时间隙放电，从而对地导通。

超高压输电线路采用绝缘架空地线并采取合理的导、地线换位时，可将地线功率损失降低99%。

但正常运行时由于导、地线间存在电容，地线会存在静电感应；导线负荷电流产生磁场，地线上会存在电磁感应，在这两种感应作用下，绝缘架空地线上必然存在感应电压。

因此，正常运行情况下的绝缘架空地线被视为带电体，在绝缘架空地线附近作业时，作业人员与绝缘架空地线之间的距离不应小于0.4m。

2 绝缘架空地线感应电压仿真
2.1 330kV输电线路模型
西北电网某330kV输电线路，采用双回垂直排列(羊角直线塔)时，其导、地线对地高度分别为21.07、30.07、39.57、46.5m；三相导线均采用型号为2×JL/G1A-300/40的双分裂导线，分裂间距为400mm；两回线路相序自上而下分别为C、B、A与A、C、B；绝缘架空地线采用光纤复合地线，型号为OPGW-24B1-100；悬垂绝缘子串结构高度为2930mm。

当采用单回三角排列(干字耐张塔)时，其导、地线对地高度分别为21.51、32.01、36.0m；三相导线采用型号为2×JL/G1A-630/45的双分裂导线，分裂间距为400mm；绝缘架空地线型号为JLB27-120；悬垂绝缘子串结构高度为2990mm。

2.2 感应电压仿真
为研究绝缘架空地线上的感应电压大小及影响因素，对处于不同检修工况、相序、架设方式等情况下330kV线路绝缘架空地线上的场强及感应电势进行仿真分析，相关仿真结果如下。

2.2.1 导线双回垂直排列
对正常运行情况下三相电源处不同初相角下架空地线上的电场强度和感应电势进行仿真，结果如表1所示。

仿真参数设置如下:导线用直径为423.94mm的圆铝导体代替，光纤复合架空地线用直径为11.29mm的圆铝导体代替；大地为零电位，且内部无电流；取系统最高运行电压为363kV(单相电压峰值296kV)，线路输送功率为400MV A(电流为1100A)，其他参数采用软件默认设置。

为研究导线相序及不同检修工况对绝缘架空地线上感应电压的影响，分别对一回运行、一回检修及导线相序上相相同、中相相同情况下(其他条件同正常运行情况)架空地线上的电场强度和感应电势进行仿真分析。

2.2.2 导线单回三角排列
仿真参数设置如下:导线用直径为433.60mm的圆铝导体代替，钢绞地线用直径为12.36mm的圆铝导体代替；大地为零电位，且内部无电流；取系统最高运行电压为363kV(单相电压峰值296kV)，线路输送功率为400MV A(电流为1100A)，其他参数采用软件默认设置。

2.3 总结分析
对2.2节仿真结果进行分析，可以得到以下结论。

1)线路正常运行时，绝缘架空地线上会产生大的感应电压，其中双回垂直排列线路上最大值分别为72.276、74.333kV(电源初相角为150°)，单回三角排列线路上最大值为40.969、104.971kV(电源初相角为90°)。

其中单回三角排列线路两侧地线上感应电压不平衡，且右侧地线上感应电压值大于同塔双回垂直排列，这与导、地线间距及导线排列方式密切相关。

2)在同塔双回垂直排列线路中，一回运行另一回检修时，检修线路上方的绝缘架空地线上仍存在一较大感应电压值，大小与两回线路同时正常运行时相差不大(最大值69.292kV)。

作业人员在此情况下需将绝缘架空地线进行直接接地处理或使用个人保安线。

3)对同塔双回垂直排列线路而言，其地线上感应电压最大值是上相相序相同>下相相序相同(双回垂直排列正常运行)>中相相序相同。

因此，为减小地线上的感应电压，建议新建或改扩建线路采用中相相序相同、上下相逆序的架设方式。

3 绝缘架空地线用新型接地装置设计
前面仿真分析的是全绝缘架空地线上产生的感应电压且按最大值考虑，而实际运行中的绝缘架空地线全线至少有一点接地，这种情况下还有电磁感应作用。

理论和实际运行经验表明，110kV及以上线路架空地线单点接地时，地线端部感应电压可达几万伏特。

因此，作业人员应采取将绝缘架空地线接地等必要措施以保证人身安全。

对于330kV及以上超高压输电线路的绝缘架空地线的接地操作，因缺乏专用接地线/装置，常采用用于导线接地的成套接地线来完成，工作效率低且检修成本较高。

因此，设计一种可用于超高压输电线路绝缘架空地线接地的新型接地装置，其串联一大电阻以缓冲因感应电压过高时在直接接地过程中起弧造成的危害。

新型接地装置主要由接地线头(线夹)、绝缘杆(附带增强绝缘手柄)、电阻切换装置及接地软铜线组成。

接地线头采用导电性能好、接触电阻小的材质制成，具有足够的机械强度和与地线良好稳固的接触；电阻切换装置主要作用为:在初接地时通过一个大电阻接地，待电荷释放一部分后换为直接接地，可避免初接地时产生电弧伤害；作业人员手持绝缘手柄下部，与架空地线保持足够的安全距离。

根据仿真分析结果，按照极限情况下的感应电压最大值考虑，绝缘杆长度设计为1.5m(110kV设备不停电安全距离)，缓冲电阻取200kΩ。

经验证，该新型接地装置满足现场绝缘架空地线接地要求，且质量更轻、强度更高，便于作业人员携带及使用。

4 结语
绝缘架空地线因所处位置不可避免地受空间电场、磁场影响而产生较高的感应电压。

通过对某330kV线路处于不同工况下绝缘架空地线上产生的电场强度及感应电势进行仿真，得出导、地线间距及导线排列方式、相序(同塔双回线路)是影响绝缘架空地线感应电压大小的重要因素。

此外，对于同塔双回线路，在某些特定情况下，检修线路上方绝缘架空地线的感应电压甚至接近于两回同时运行时。

因此，无论输电线路是否带电，作业人员在进行涉及绝缘架空地线的检修作业时都必须采取可靠措施以保护人身安全。

最后，根据仿真结果设计并实现了一种专用于绝缘架空地线的新型接地装置并经过了现场应用验证。

后续将根据接地装置的使用情况持续优化，并考虑在单相接地故障或雷击导线时，实现绝缘架空地线接地时的预警及异常处置。

参考文献
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