1 000kV 同塔雙回線路地線感應電壓和感應電流計算分析

郭志濤

（海南電力設計研究院，海南 海口570100）

0 引言

架空輸電線路沿線架設地線是高壓輸電線路最基本的防雷措施，其主要作用為防止雷直擊導線。一般地線至各相導線的距離是不相等的，導致地線與各相導線之間的互感也不一樣，盡管各相導線上的負荷電流平衡，但在地線上仍然要感應出一個縱電動勢。如果地線逐基接地，與大地形成一個回路，則在地線上就要產生感應電流，其結果就是增加了線路的電能損失。

1 000kV 線路的架空地線通常一根采用普通地線絕緣運行，另一根采用OPGW 光纜接地運行。普通地線一端接地，另一端絕緣，在普通地線上會產生較大的感應電壓。OPGW 光纜逐基接地，在OPGW 光纜上會產生較大的感應電流。

為此，本文以1 000kV 同塔雙回線路為研究對象，利用ATP－EMTP程序計算分析同塔雙回線路地線感應電壓和感應電流，并對導地線距離、接地電阻、耐張段長度、輸送容量、單回運行等影響因素進行分析。

1 計算條件

1.1 計算參數

本工程系統額定電壓1 000kV，系統最高運行電壓1 100kV；系統輸送功率6 000MW，極限輸送功率12 000MW；功率因數0.95；導線型號為8×JL/G1A－630/45，導線相序排列方式為逆相序；地線型號：一根普通地線為LBGJ－240－20AC，另一根OPGW 光纜為OPGW－240；絕緣子串長取11m；桿塔呼高取57m；對地距離取22m；導線弧垂24 m，地線弧垂17 m；土壤電阻率取500Ω·m；桿塔接地電阻15Ω。

1.2 桿塔型式

在本文的計算中，采用導線垂直排列方式的傘型塔的塔頭尺寸作為計算條件，塔頭尺寸如圖1所示。

2 計算方法

本文研究采用國際上通用的電力系統分析軟件ATPEMTP對1 000kV 線路架空地線的感應電壓和感應電流進行計算分析。每個耐張段長度為5km，每檔檔距為500 m，每個耐張段內有11 基鐵塔（含兩端的耐張塔），連續7 個5km長耐張段，對于普通地線絕緣運行，在每個耐張段的第一基鐵塔上接地，其余鐵塔絕緣，OPGW 光纜逐基接地，計算普通地線和OPGW 上的感應電壓和感應電流。考慮到耐張段較多，本文計算取線路中間第4 個耐張段的計算結果來代表實際線路的情況，計算結果中的電壓、電流均為峰值。

圖1 雙回路I串塔型

3 感應電壓和感應電流的計算與分析

3.1 感應電壓和感應電流計算

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，計算第4 個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 感應電流，計算結果如表1所示。

表1 普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由表1 可以看出，由于普通地線在一個耐張段內一端接地，因此其靜電感應電壓分量接近于0；受導線上電流的影響，地線上產生電磁感應電壓，而且其幅值與距接地點的長度呈正比關系。

由于OPGW 光纜逐基接地，形成閉合回路后，將會在OPGW 光纜上產生電磁感應電流，根據結算結果，其幅值遠大于靜電感應電流，可達133A 左右。如果地線上的電流增加，則在地線上的損耗也將相應地增加。

3.2 導地線間距離對感應電壓和感應電流的影響

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，僅改變導地線間距離，計算第4個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流的最大值，計算結果如表2所示。

表2 不同導地線間距離下普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由計算結果可知，感應電壓和感應電流均隨著導地線間距離的增大而減小。比如導地線間距離由22m 增加到23m，普通地線感應電壓減少48.1V，減幅為5%；OPGW 地線感應電流減少4.4A，減幅為3%。

3.3 桿塔接地電阻對感應電壓和感應電流的影響

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，僅改變桿塔接地電阻，計算第4個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流的最大值，計算結果如表3所示。

表3 不同桿塔接地電阻下普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由計算結果可知，隨著桿塔接地電阻的增加，絕緣的普通地線上感應電壓也隨之增加，接地電阻從10Ω 增加到25 Ω時，地線感應電壓從920.1V 增加到940.4V，增加20.3V，增幅為2.2%。

OPGW 地線感應電流隨著接地電阻的增加而增大，接地電阻從10Ω 增加到25Ω 時，OPGW 感應電流從132.1A 增加到136A，增加3.9A，增幅為3%。地線感應電流的增大表明地線損耗的增加，因此在工程設計中，應盡量降低桿塔的接地電阻，這樣可以降低絕緣地線上的感應電壓和接地地線上的感應電流。同時，降低桿塔接地電阻還可以提高線路的反擊耐雷水平，對于1 000kV 同塔雙回輸電線路而言，考慮到鐵塔全高在100m 左右，很容易遭受雷擊，因此為提高線路供電的安全性，應盡量降低桿塔接地電阻。

3.4 耐張段長度對感應電壓和感應電流的影響

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，僅改變耐張段長度，計算第4個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流的最大值，計算結果如表4所示。

表4 不同耐張段長度下普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由計算結果可知，隨著線路耐張段長度的增加，絕緣的普通地線上感應電壓也隨之增加，基本呈線性關系，OPGW 地線感應電流有所減小。耐張段長度從5km 增加到6km 時，地線感應電壓從926.3V 增加到1 113.6V，增加187.3V，增幅為20.2%；OPGW 地線感應電流從133.5A 減少到132.8A，略有降低，變化較小。

3.5 輸送容量對感應電壓和感應電流的影響

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，僅改變線路的輸送容量，計算第4個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流的最大值，計算結果如表5所示。

表5 不同輸送容量下普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由計算結果可知，隨著輸送容量的增加，絕緣的普通地線上感應電壓也隨之增加，OPGW 地線感應電流也隨之增加，基本呈線性關系。輸送容量從4 000 MW 增加到6 000 MW 時，地線感應電壓從618.6V 增加到926.3V，增加307.7V，增幅為49.7%；OPGW 感應電流從89.4 A 增加到133.5 A，增加44.1A，增幅為49.3%。

3.6 雙回線路單回運行對感應電壓和感應電流的影響

同塔雙回線路在實際運行中存在單回運行的情況，有必要對這種情況下地線上的感應電壓和感應電流進行分析。計算靠近普通地線側回路運行、靠近OPGW 側回路運行和雙回路同時運行時地線上的感應電壓和感應電流，計算結果如表6所示。

表6 單回運行時普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

從計算結果可以看出，當絕緣普通地線側單回路運行時，絕緣普通地線上感應電壓最高，大于雙回路同時運行時的感應電壓，OPGW 側單回運行時絕緣普通地線上的感應電壓最小；當OPGW 側單回路運行時，OPGW 地線上感應電流最大，大于普通地線側單回運行時的OPGW 地線上感應電流，雙回運行時OPGW 地線的感應電流最小。由此可以看出，當單回路運行時，由于系統參數的不對稱性，導致了地線電量的變化，因此在進行線路各種參數的確定時，必須考慮這種不對稱運行帶來的影響。

3.7 地線直徑對感應電壓和感應電流的影響

保持計算用系統參數和塔頭尺寸不變，僅改變地線直徑，計算第4個耐張段普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流的最大值，計算結果如表7所示。

表7 不同地線直徑下普通地線感應電壓和OPGW 地線感應電流

由計算結果可知，地線直徑對普通感應電壓和OPGW 地線感應電流的影響均很小，地線直徑從16mm 增加到20mm，地線上的最大感應電壓增加3.6V，增幅約為0.4%；感應電流增加1.3A，增幅約為1%。因此，感應電壓和感應電流對直徑的變化不敏感。

4 結論

綜合本文的計算和分析，主要結論如下：

（1）1 000kV 線路正常運行情況下，耐張段長5km 時，普通地線感應電壓最大值為926.3V，感應電壓幅值與距接地點的長度呈正比關系；OPGW 地線感應電流在133A 左右。

（2）感應電壓和感應電流均隨著導地線間距離的增大而減小；隨著桿塔接地電阻的增加，絕緣的普通地線上感應電壓和OPGW 地線感應電流均隨之增加；隨著線路耐張段長度的增加，絕緣的普通地線上感應電壓也在增加，基本呈線性關系，OPGW 地線感應電流略有降低，變化較小。

（3）線路輸送容量、雙回線路單回運行等因素對感應電壓感應電流均有較大影響，在進行線路各種參數的確定時，必須考慮上述因素的影響；地線直徑對感應電壓和感應電流影響較小。

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