輸電線路接地引下線工藝優化研究及應用

趙晉莉 張新軍 雷達

【摘 ?要】雷電引下線是風機葉片防雷系統的組成部分，是雷電流傳導的重要結構。建立了引下線通時變雷電流的電磁-熱數學模型和物理模型，分析了電流在引下線中的傳導機理，雷電流分布有很強的趨膚特性。提出衡量引下線材料利用率的方法，結合溫升特性分析了引下線時變電流傳導特性。進而計算了不同引下線結構（單芯引下線和多芯引下線）的瞬態電流分布和溫度分布，分析了其材料的利用率和溫升特性。

【關鍵詞】輸電線路;引下線;施工技術

中圖分類號：TM72 ?文獻標識碼：A

1 引言

從電氣角度來說，配電線路桿塔電氣絕緣由操作過電壓和雷電過電壓作用下的空氣間隙距離要求決定，工頻過電壓下的絕緣要求不起控制作用，因此復合桿塔空氣間隙應能夠在系統最大操作過電壓和雷電過電壓作用下不被擊穿且不會發生異常放電現象。復合桿塔相地絕緣為導線—接地引下線之間的空氣間隙，過電壓擊穿瞬間放電路徑貫穿該空氣間隙，由于塔身抱箍的存在，使得金屬表面場強劇烈畸變，附近空氣電離作用增強，造成空氣間隙擊穿后放電路徑繼續從引下線延伸至塔身金屬螺栓尖端，出現引下線至塔身的異常放電現象。

2 項目概況

河南內鄉某廠的接入系統工程，將有效緩解南陽市及其西部地區電力供電的緊張局面，滿足經濟快速發展帶來的電力需求的增長。該工程全線雙回路架設線路長度26.4km，全線采用石墨基柔性接地體，接地引下線采用幣12鍍鋅圓鋼。接地裝置施工過程中，質量和工藝要求最高的是接地引下線制作。目前，接地引下線制作時普遍采用挖出引下線、截斷、工藝制作、焊接、安裝、回填施工工藝，流程較為繁瑣，在開挖、回填過程中，普遍采用人工方式，施工效率低，同時受工人質量意識影響，此階段極易造成接地線隱蔽部分質量缺陷。

經過對某特高壓工程1892處接地裝置自檢驗收記錄進行查閱分析，涉及接地裝置質量問題61處，質量合格率96.8%。其中涉及接地引下線部位問題為53處，占總問題數的86.9%。主要問題為：引下線多處焊點、引卜線埋深小足、引下線焊接質量小飽滿、引下線小貼合基礎立柱等。

3 電磁-熱效應計算結果

3.1 雷電流在引下線中的傳導機理

導線設計時，往往考慮橫截面積以保證恒流的通流能力，但是在雷電引下線設計時，以橫截面積為設計依據是否合理？以截面積為70mm單芯引下線為例進行機理說明。雷電流在通過單芯引下線時，電流主要分布在引下線的外表面，原因在于雷電流的時變特性，使得電流分布受到趨膚效應的影響。在不同時刻，雷電流的變化率不同，導致電流分布受到趨膚效應的影響特性不同。結合雷電流波形可以看出，隨著時間的增加，雷電流波形變化率逐漸減小，電流頻率逐漸減小，趨膚效應影響程度逐漸降低，引下線橫截面電流從外表面分布將逐漸趨向均勻分布。

3.2 材料的利用率

我們提出一種衡量引下線的材料利用率的方法。假設雷電流均勻的通過引下線結構時的電流密度為JS，此時雷電流在引下線結構傳導的能量損耗最小，材料利用率最高。實際上，雷電流受到趨膚效應的作用，引下線橫截面電流密度非線性。其中，高于均勻電流密度的部分為過載電流，低于均勻電流密度的部分為欠載電流。若要使得雷電能量損耗最小，那么過載電流與欠載電流應趨近均勻電流。越趨近均勻電流，材料利用率越高。而對于時變的雷電流，在不同時刻，橫截面上電流分布特性不同，導致材料利用率不同。然而，雷電流能量主要集中在波頭部分，波頭后時段的電流趨向平穩，同時25μs時雷電流的變化率最大，所以可以選取25μs時的橫截面電流密度計算材料利用率，代表整個時段雷電流流過引下線時的材料利用率。

3.3 減小線徑，增加芯線數

通過理論分析得知，引下線線徑越小，電流越集中，因此可以通過減小線徑增加電流密度的角度，增加材料利用率，如果要保證總截面積不變，則需要增加芯線數量。以總截面積為70mm的多芯引下線為例進行機理說明，對于雷電流流過芯線根數不同的引下線結構時，理論上電流平均分配到每根芯線上，因此將電流進行均分處理，將均分后的電流加載在單芯線上，可以通過計算單芯線的電磁-熱損傷情況反映整個引下線的雷電通流能力。計算截面積70mm的多根芯線的引下線，其電流分布與單芯引下線的結果類似。雷電流在多根芯線的引下線結構傳導中也受到趨膚效應的影響，但我們發現材料利用率有所不同。通過以上對比分析可知，對于多芯線結構引下線，芯線數越多，單芯線直徑越小，受趨膚效應影響越小，電流分布越均勻。最終得出，對于多芯線結構引下線，芯線數越多，材料利用率越高，溫升越小，能夠更好地傳導雷電流。

4 操作沖擊試驗布置及結果

進行操作沖擊放電試驗時，接地引下線與塔身的距離d定為50cm，觀察相導線對接地引下線的放電路徑有無異常，若放電路徑受塔身或金具影響，可根據實際放電現象對距離d進行調整。當接地引下線與塔身距離分別為35cm、40cm和50cm時，采用環氧樹脂方管作為導線橫擔，并與硅橡膠絕緣子配合使用，復合材料塔頭的上、下相模擬導線對接地引下線的操作沖擊放電路徑均為空氣間隙，擊穿波形顯示為波頭擊穿，擊穿時間為200μs。當接地引下線與塔身距離分別為30cm時，操作沖擊放電路徑為絕緣子端部金具對接地引下線。由此可知，操作沖擊試驗的接地引下線距離塔身最小距離選擇35cm是合適的。綜合雷電和沖擊試驗結果可知，接地引下線與塔身在間隙距離35cm及以上時，放電路徑較為一致，未出現異常放電現象;當間隙距離為30cm時，放電路徑均為絕緣子金具對接地引下線，放電異常。綜合考慮雷電和沖擊的試驗結果，35kV復合材料桿塔采用復合方管橫擔和復合絕緣子時，接地引下線與塔身距離最小空氣間隙選擇為35cm是合適的。

5 工藝優化應用

5.1 前期準備

接地裝置施工前，根據計算的接地線外露長度方案對各基礎施工隊進行了交底，并在接地裝置隱蔽工程驗收時對引下線外露長度進行專項檢查，確保初期施工時引下線外露長度滿足方案要求。

5.2 效果檢查

經過事前精確計算和充分準備，順利完成了內鄉工程接地引卜線施工，經過程檢查及質量監督驗收，接地裝置質量合格率100%，引卜線工藝美觀，證明該工藝措施得力，方法可行。

6 結束語

在內鄉500kV輸電線路工程接地引下線工藝制作過程中，采用了優化后的接地引下線施工工藝，實踐證明，優化后施工工藝較傳統工藝施工工效提高4倍以上，具有很高的經濟效益，同時避免了接地引下線制作過程因二次開挖、焊接、回填產生新的質量缺陷。本項目研究的接地引下線工藝優化措施為今后輸電線路頻繁的接地裝置施工起到了試驗示范作用。

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（作者單位：國網山西省電力公司晉城供電公司）