榆横-潍坊1 000 kV特高压交流输电线路检修接地方案研究

梁利辉,赵志刚,闫 敏,池 城,郑远笛,李奕霖,李 军

(1.国网河北省电力有限公司检修分公司，石家庄 050070；2.华北电力大学 河北省输变电设备安全防御重点实验室，河北 保定 071003；3.保定吉达电力设计有限公司，河北 保定 071003)

0 引 言

随着输电网络规模的不断扩大，可用的架空线路走廊资源越来越少，并架线路引起的电磁耦合问题日渐突出[1-5]。特高压并架输电线路在日常运行维护中会遇到长距离不带电作业的线路平行的交流或直流特高压输电线路，作业线路处在复杂的电磁环境中并面临严重的感应电问题。平行带电输电线路平时的运行维护及同塔双回输电线路一回运行、一回检修都会威胁作业人员的安全。由于线路间复杂的电磁耦合使得停电检修作业线路面临十分复杂与严重的感应电压、电流的威胁，目前有效降低感应电压的方法就是接地，因此对流过接地线路的感应电流以及接地方案的研究，为线路检修工作人员的安全保障提供了理论依据，有利于线路检修作业安全[6]。

在国内，对输电线路间的电磁耦合干扰问题的研究主要集中在以下方面：同塔双回输电线路架空地线上感应电流、电压的计算[7]；各电压等级下的同塔多回输电线路，部分线路停运，运行线路对停运线路的感应电计算以及接地开关参数的选择[4,8-9]，同塔双回输电线路一回带电，一回停电时线路上感应电流和电压的计算以及接地开关的选型研究[10-11]，不同线路形式对应作业方式的确定及安全防护措施[12-17]；各种工况下流过检修人员的电流大小[18]。国外学者从人员的安全角度出发，对同塔多回输电线路中检修线路上的感应电进行研究计算，得到检修线路上感应电的分布规律，分析地线接地方式、检修线路接地电阻、导线换位等因素对感应电的影响[19-20]。

从国内外的文献中可以看出，部分国家已对感应电压开展了相应的研究，通过经验公式、模拟仿真、理论计算等方式进行了研究，并提出了不少的控制措施，解决了感应电带来的部分问题[21-26]。但同塔双回输电线路的感应电压、电流对检修人员所产生的危害方面的研究和建议缺少较全面的系统性分析，对现场工作指导性存在不足。笔者从现场实际情况出发，对榆横—潍坊1 000 kV特高压交流输电线路接地线上的感应电流进行计算分析，为降低接地线上的感应电流保障作业人员的安全进行接地方案和拆除接地装置方案的研究，最后通过现场试验验证计算结果的有效性。

1 理论计算方法

在交流输电线路形成的磁场中的停电检修线路两端接地时，此时两者间形成的互电感相当于一个互感器，在大地和检修线路间的回路形成一个电流IL，IL就是电磁感应电流，如图1所示。

图1 电磁感应电流示意图Fig.1 Schematic diagram of electromagnetic induced current

线路间的感应电流示意图见图2。MAg、MBg、MCg为三相带电运行线路与未带电线路g之间的单位互感，L为g的对地电感。当检修停电线路g两端均接地时，g上感应的主要是电磁感应电流。此时U1=U2=0，线路g首末两端的感应电流为

图2 线路间电磁耦合示意图Fig.2 Electromagnetic coupling diagram between lines

(1)

2 榆横-潍坊1 000 kV特高压线路工程概况

2.1 榆横-潍坊1 000 kV特高压交流工程

榆横-潍坊1 000 kV工程是途经陕西、山西、河北、山东4省的特高压交流工程，线路长度2×104 8 km，变电容量1 500万千伏安，输电能力600万千瓦。线路途经榆横、洪善、邢台、泉城和潍坊1 000 kV 变电站如图3所示，线路在各个省份的运维长度如表1所示。

图3 榆横-潍坊1 000 kV特高压交流工程示意图Fig.3 Schematic diagram of yuheng-weifang 1 000 kV UHV AC Project

2.2 线路检修常规接地方案

榆横-潍坊1 000 kV工程线路检修时全线停电，由于各省在进行检修作业时进度不同，检修作业人员在各省境内接地以防止感应电，在变电站处对线路进行接地是为了防止变电站误送电进行的保护措施。由检修安规可知，检修作业人员在各省境内边界铁塔处和变电站处进行接地保护。接地示意图如图4所示。

3 榆横-潍坊1 000 kV特高压交流线路检修接地方案研究

榆横-潍坊1 000 kV线路工程全线检修时，四个省边界及变电站处共11个接地点，各处感应电情况未知，各省接地顺序并无规定，而不同的接地顺序对导线上感应电分布影响较大，因此本节对该线路常规11个接地点顺序进行讨论。

3.1 常规接地方式下感应电流的计算

计算得出榆横-潍坊1 000 kV特高压交流输电线路在常规接地状态下，各点接地线上的感应电流如表2所示。

表2 常规接地方案下的感应电流计算值Table 2 The calculated value of induced current under the conventional grounding scheme

由计算得出的感应电流值可知，各处停电检修线路的接地线上的感应电流较大，尤其是线路两端接地线上的感应电流，线路两端感应电流过大可能导致接地铜线产生熔断现象，个别位置远大于各类屏蔽服衣料熔断电流，也会增大检修作业人员安全作业的风险。

3.2 常规接地方式下安装接地装置顺序的研究

因检修线路与运行线路间的耦合产生较强的感应电，在安装接地线的过程中也面临着较强的感应电问题，不同的接地顺序也影响着各接地线的感应电大小。安装顺序如图5所示可以分为4种，一种是从检修线路中部位置向线路的两端接地，第2种是从线路两端位置向中间位置接地，第3种是先接线路两端位置，再从中间位置向两端接地，第4种是从检修线路一端向另一端接起。

图5 不同接地顺序方案示意图Fig.5 Schematic diagram of different grounding sequence schemes

根据计算，在停电检修线路两端不接地时，三相线路的感应电压从上至下依次可达到55.567 kV、21.351 kV、39.144 kV，此电压为静电感应电压，主要由于线间电容的耦合分压作用；在检修线路单端接地时，三相线路的感应电压从上至下依次可达到12.357 kV、10.471 kV、16.244 kV，此感应电压为电磁感应电压，是由带电线路通过电磁感应在导体上形成的电势。较大的感应电压会影响线路和作业人员的安全，因此有必要首先对线路两端进行接地，来降低整条检修线路上的感应电，所以可以首先排除方案一与方案四；其次对方案二和方案三进行比较，这个动态过程的感应电流值如表3所示。

表3 不同接地顺序下的感应电流计算值Table 3 The calculated values of induced current under different grounding orders

可以得到，方案二中在对临近首尾端的接地点即2、10位置接地后，1、11位置的感应电流值相比方案三中对中间位置接地后的感应电流值降低得多，因此选择方案二：从两端向中间接地的顺序。

3.3 常规接地方式下拆除接地装置顺序的研究

不同的拆除接地顺序也影响着各接地线的感应电大小。由不同接地顺序下的感应电流值可得，首尾两端的感应电较大，检修线路进行拆除接地装置作业时最好保留首尾两端的接地线，拆除顺序如图6所示可以分为3种，一种是从检修线路中部位置向线路的两端拆除，第2种是保留两端接地线从线路两端位置向中间位置拆除，第3种是保留两端接地线从检修线路一端向另一端拆除。

图6 不同拆除顺序方案示意图Fig.6 Schematic diagram of different demolition sequence schemes

由分析可得，最优的方法是保留两端位置尽量多数目的接地线以抑制整条检修线路的感应电，因此选择拆除方案一：从中间向两端拆除最为合适。

4 河北境内1 000 kV特高压交流线路检修接地方案研究

4.1 河北省境内线路模型

在榆横-潍坊1 000 kV特高压线路工程中，洪台线贯穿河北省和山西省。其中洪台Ⅰ线在河北省境内约长150.457 km，与之并行的是同塔双回架设的交流1 000 kV洪台Ⅱ线，相序排列为BCA-ACB，检修线路三相的感应电大小因回路的空间位置而有所不同。同塔双回线路的位置如图7所示。

图7 同塔双回线路相对位置示意图Fig.7 Schematic diagram of the relative position of the double-circuit line in the same tower

4.2 不同影响因素分析

4.2.1 输电线路的输送功率

根据榆横—潍坊1 000 kV特高压交流输电线路的额定容量可以得到其额定运行电流为3 464 A，线路的运行电压稳定不变，当线路的输送容量发生变化时，其电流改变。当运行电流改变时，检修线路尾端接地线上的电磁感应电流变化曲线如图8所示。从图中可以分析，当输送容量增大，运行电流增大，检修侧线路两端接地线上的电磁感应电流呈线性增大趋势。

图8 随输送功率变化的检修线路接地线上的感应电流Fig.8 The induced current on the grounding line of the overhaul line which varies with the transmission power

4.2.2 土壤电阻率

维护检修侧线路两端地线的电磁感应电流随土壤电阻率的变化如图9所示，可得，由于土壤电阻率的增大导致检修线路接地电阻的增大，从而导致感应电流降低，并且从图中可得在土壤电阻率小于100 Ω·m时变化率较大，大于100 Ω·m时下降缓慢。

图9 随土壤电阻率变化的检修线路接地线上的感应电流Fig.9 The induced current on the ground line of the maintenance line which varies with the soil resistivity

4.2.3 接地线个数

维护检修侧线路两端地线的电磁感应电流随附近接地线个数的变化如图10所示，可得，随着接地线个数的增多，感应电流明显降低，在附近接地线个数变为2后变化趋势逐渐减小且趋于平缓。

图10 随附近接地线个数变化的检修线路接地线上感应电流Fig.10 The induced current on the ground line of the maintenance line which varies with the number of ground line

由以上分析结果可知，接地可以有效降低特高压输电线路在检修时的感应电流，因此对检修时接地方案的研究可以进一步保障检修作业人员的安全。

4.3 接地方案研究

线路检修采取的安全防护措施通常是检修段线路两端接地，检修处经接地线接地，这种情况相当于三端接地，当检修线路三端接地时，有两种不同的接地方案，一种是接地点位于检修线路中间位置，另一种是接地点位于距离检修线路末端450 m处，约一个档距的距离，如图11所示。两种不同方案时的电磁感应电流如表4所示。

图11 接地方案示意图Fig.11 Schematic diagram of grounding scheme

表4 三端接地方案下的感应电流计算值Table 4 The calculated value of induced current under the three-terminal grounding scheme

由数据分析可得，在三端接地时，方案(2)线路末端接地线上的感应电流相比方案(1)的感应电流明显下降，而方案(2)首端接地线上的感应电流比方案(1)的要大，所以，在离电磁感应电流最大位置附近接地有利于缓解电磁感应的危害。检修作业时，在检修作业处相距单位档距的两处杆塔挂接地线，建立四端接地模型如图12所示，此接地模型得到的感应电流值如表5所示。

图12 四端接地模型Fig.12 Four-terminal grounding model

表5 四端接地方案下的感应电流计算值Table5 The calculated value of induced current under the four-terminal grounding scheme

此时，检修线路临近末端的两个接地点2、3和末端接地点4的电流都下降较多。但首端接地线电流值上升，因此有必要对首端也进行进一步的接地保护。对检修线路首末端附近进行多点接地措施一方面可以降低接地线上感应电流的大小以减少接地线熔断现象，另一方面可以避免因土壤腐蚀导致的接地线过细或断开造成的接地不可靠问题，从而降低检修作业的风险。同时也要在检修作业两端相距一个档距的两处杆塔处挂接地线对检修人员进行进一步的保护。据此思路建立多端接地模型如图13所示，此接地模型得到的感应电流值如表6所示。

图13 多端接地模型Fig.13 Multi-terminal grounding model

表6 多端接地方案下的感应电流计算值Table 6 The calculated value of induced current under the multi-terminal grounding scheme

由数据分析可得，在检修线路中间接地线的位置不会对首末端接地线上的感应电流产生较大的影响，线路首末端附近多点接地可以使首末端接地线的感应电流保持在较低水平，并且对首尾两端进行三接地较为合适，进一步增加接地数可以继续降低感应电流但效果不明显同时也造成工作的复杂性，在检修区段两端的杆塔处接地可以使检修区段线路的感应电流大大降低，进一步保障检修人员的安全。

依据3.2、3.3节的分析，河北省境内检修线路接地顺序选择从两端向中间接地的顺序，拆除顺序选择从中间向两端拆除。

4.4 试验验证

检修停运线路为1 000 kV洪台Ⅰ线，试验线路区段杆号396至397如图14所示，此时，检修线路首尾端接地，检修人员通过保安线接地，两位检修人员分别登396号杆塔和397号杆塔进行试验测量，测量两位检修人员位置的A相B相C相三相的临时保护接地装置的感应电流值，为试验测量值，将试验测量值与利用以上计算方法计算出的感应电流值进行对比，如表7所示，计算值与试验测量值符合较好，表明该求解方法可以用于特高压输电线路感应电的研究。

表7 接地线路上感应电流的实测值与计算值Table 7 The measured and calculated values of the induced current on the ground line

图14 试验线路示意图Fig.14 Schematic diagram of test circuit

5 结 论

对榆横—潍坊1 000 kV特高压全线输电线路一回带电运行一回停电检修情况以及河北境内洪台检修时感应电及线接地方案进行分析得出以下结论：

1)榆横—潍坊1 000 kV特高压全线线路检修时，在各省边界及变电站接地时共11个接地点，感应电最大值位于线路两侧，最大为1 356 A。

2)对榆横—潍坊1 000 kV特高压全线线路及河北境内线路检修时，为有效控制感应电流激增，接地点安装最好选取从两端向中间的顺序；拆除方案最好选取从中间向两端的顺序。

3)当输送容量增大时，运行电流增大，同塔双回线路检修侧线路两端接地线上的电磁感应电流呈线性增大趋势；土壤电阻率的增大导致感应电流降低，且在土壤电阻率小于100 Ω·m时变化率较大，超过100 Ω·m时下降缓慢；随着接地线个数的增多，感应电流明显降低，在附近接地线个数变为2后变化趋势逐渐减小且趋于平缓。

4)通过比较分析不同的接地方案下的感应电流特性得知，在离电磁感应电流较大位置附近接地有利于缓解电磁感应的危害，并提出了一种较为可靠安全的多点接地方案，有助于做好预防感应电措施，保障检修人员安全。