输电线路架空地线接地方式对线路零序参数的影响分析

输电线路架空地线接地方式对线路零序参数的影响分析

摘要：输电线路架空地线在逐塔接地方面产生的电能损耗较大，为了避免这一问题而催生出多种节能接地方式，如单点接地等。通常输电线路零序阻抗的降低会对线路零序方向保护和线路接地距离保护的工作可靠性产生直接影响，这就需要详细分析接地方式对线路零序参数的影响，对架空地线的零序参数进行准确把握，科学设置线路的保护参数，从而实现线路的正常运行。本文就针对输电线路架空地线接地方式对线路零序参数的影响进行分析和探讨。

关键词：输电线路；架空地线；接地方式；零序参数；影响

一、输电线路零序参数计算模型

（一）接地方式与零序回路

架空地线的接地方式与零序回路主要为：①逐基接地：架空地线在逐基接地过程中，线路的零序电流回路如图1所示，其中三相零序电流为3I0，各相导向流过的零序电流分别为Ia0、Ib0、Ico，而Ig0和Ie0分别是线路和大地返回的零序电流，各支路的零序电流满足公式：3I0=Ie0+Ig0=Iao+Ib0+Ico[1]。②架空地线2点接地时的线路零序电流如图2所示。③单点接地：架空地线单点接地时的线路零序电流如图3所示，各支路的零序电路满足公式：3I0=Ie0=Iao+Ib0+Ico。

（二）输电线路与零序阻抗计算的模型

对于输电线路模型而言，其是以220kV单回线路为基础，选用ATP-EMTP软件π模型，其中线路的长度和档距分别为15km和300m，导线的型号为2×LGI-300/40，40cm是其分裂间距；杆塔选用ZB型式，接地电阻为15Ω，线路运行电流为600A。零序阻抗计算模型的构建是以不同接地方式为依据，涉及单点接地、逐基接地、3点接地、2点接地等，将变电站接地电阻接入到三相导线末端短接，而首端并联接零序电压U0=1000∠90°V，通过计算得出三相零序电流3I0。

（三）地线绝缘子动作计算模型

线路出现单相接地故障时，需要对沿线地线绝缘子的运动情况进行计算，其中地线绝缘子的保护间隙距离可取20mm，对严重情况进行考虑时，取湿工频放电电压13kV，杆塔接地电阻和两端变电站接地电阻分别为15Ω和0.5Ω。此外，考虑金属性短路情况，取单相接地过度电阻0.1Ω，故障时间为线路快速保护时间（0.3s）或后备保护时间（0.53s）[2]。在仿真计算过程中，对单相接地故障短路电流40kA、20kA、10kA进行计算，可知接地故障位置存在如下几种情况：①线路末端的杆塔处存在单相接地故障，故障时间为快速保护时间0.03s；

②线路中部出现单相接地故障，故障时间为线路后备保护时间0.53s和快速保护时间0.03s；

③线路首端变电站处出现单相接地故障，故障时间为快速保护时间0.03s。对沿线地线绝缘子的保护间隙的电流和电压进行读取，可以发现电流和电压分别超过1A和12kV，并将其视为地线绝缘子保护间隙动作，即保护间隙工频放电。

二、输电线路架空地线接地方式对线路零序参数的影响

（一）接地方式的影响

第一，单点接地。架空地线绝缘单点接地过程中，计算地线不换位而分段、不分段而换位、不分段且不换位时的零序阻抗，如下表1所示。如果在单点接地中选用地线分段或换位等手段时，由于地线分段和电线换位等方式不会改变单点接地时的零序电流分布，而三相零序电流经过大地后返回，并不会经过架空地线返回，因此分段对线路零序阻抗产生的影响较小，而换位不会影响线路的零序阻抗。

第二，逐基接地。逐基接地过程中，地线两端接地时的零序阻抗值大于输电线路零序阻抗，如表2所示。其中地线2各端部接地过程中，地线全线会参与零序电流的分流，这样各

相导线全线会产生去磁作用，使地线单点接地时零序阻抗大于逐基接地时零序阻抗；同时地

线两端接地后，其他地方是否接地不会影响输电线路的零序阻抗[3]。

第三，2处接地。架空地线2处接地时对其中一个接地点加以固定，使其处于线路手段变电站架构出，另一接地点则处于线路末端变电站架构处，如下表3所示。通常后移第2个接

地点时，经地线返回的零序电流（Ig0）越长，2个接地点之间的零序电流会受Ig0去磁作用

的影响，通过大地而返回零序电流；2个接地点之间的距离越长，则被Ig0去磁影响的线路

越长，因而零序阻抗的幅值有所减小。

（二）型号的影响

零序阻抗的重要影响因素之一是架空地线电气参数，其中电气参数差异较大时，如良导

体地线和钢绞线的直流电路分别为0.19Ω/km和3.91Ω/km，型号不同的地线直流电阻变化范

围保持在0.23~1.72Ω/km。通常架空地线包括OPGW和普通地线，其中前者可选5种型号，

土壤电阻率取100Ω·m，而后者可选取3中两导体地线与4种钢绞线。由表4可知：架空地

线采用单点接地的方式时，其型号和类型对零序阻抗的大小没有影响，零序阻抗保持不变，

这是因为三相零序电流经大地返回时，电气参数和地线型号的改变不会对零序电流回路的电

气特性产生影响[4]。由表5和表6可知：架空地线采用逐基接地的方式时，地线型号的变化

会改变零序阻抗，直流电阻会随截面积的增大而减小，从而导致电路零序阻抗也不断减小。

（三）土壤电阻率的影响

对于架空地线接地方式而言，不管是逐基接地还是单点接地，三相零序电流都需从大地返回，而输电线路的零序阻抗受大地土壤电阻率的大小所影响。由下表7和表8可知：土壤电阻率

越大，零序阻抗则越大，具体表现为零序电抗增大时，土壤电阻率与零序电阻并不存在此关

系[5]。架空地线逐步基接地时，由于土壤电阻率的制约，零序阻抗明显不如单点接地，这是

因为地线单点接地时，三相零序电路经大地返回，形成“三相导线-大地”的零序电流回路，在

土壤电阻率的影响下使零序电路的回路电特性发生变化。

结束语：

由于输电线路架空地线的逐塔接地会产生巨大的电能损耗，这就为单点接地等节能接地

方式的产生提供了有利条件，而输电线路出现不对称故障时，导线中经三相零序电流需以架

空地线和大地为依据形成零序回路。不同的接地方式会使线路零序参数有所不同，如采用单

点接地的方式时，必须要对单点接地时零序阻抗进行测量，然后测量架空地线两终端处接地

后的零序阻抗，因此研究输电线路架空地线接地方式对线路零序参数的影响具有重要的意义。参考文献

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