500 kV架空地线金具发热的分析与对策

黄巍，程泳，董建新，胡俊华，钱国钟

（浙江省电力公司检修分公司，杭州311232）

500 kV架空地线金具发热的分析与对策

黄巍，程泳，董建新，胡俊华，钱国钟

（浙江省电力公司检修分公司，杭州311232）

结合500 kV乔司变电站实测结果，分析架空地线接地方式对金具发热的影响。架空地线直接接地的接地环流是引起发热的主要原因，并带来输电损耗；采用分段绝缘单点接地虽然可以消除环流、降低损耗，但架空地线的感应电压高，在使用上有一定的局限性。针对这一问题，提出奇数段接地、偶数段换位的接地方式。利用500 kV双架空地线感应电压近乎反相的特点，通过换位策略中和架空地线的感应电压，减小了接地环流和输电损耗，换位后的架空地线分流系数变化不大，对跨步电压的影响不大，保证了安全性。

架空地线；金具发热；OPGW；接地方式；环流

0 引言

架空地线的设置是输电线路基本和有效的防雷措施之一[1]，为了保证供电可靠性，500 kV及以上的超高压、特高压线路都架设了双避雷线[2-3]。随着各级电网的快速发展，作为避雷线和通信通道双重功能的OPGW（光纤复合架空地线）光缆在电力通信系统中发挥了重要的作用[4]。

架空地线在实际运行中经常发生发热故障[5-6]。架空地线金具发热严重影响金具的机械性能和使用寿命；对于OPGW架空地线，光缆中的光纤对温度十分敏感，光纤受热后，光信号的损耗将加大，严重影响通信质量；若金具温升超过光纤被覆材料所能承受的温度，还会降低光纤的使用寿命[7]。

架空地线的接地方式影响正常运行时架空地线上流过的电流，对发热的影响很大。目前架空地线的接地方式有逐基接地和分段绝缘单点接地两种方式[8]，通过对500 kV乔司变架空地线发热异常的跟踪实测，分析了架空地线接地方式对金具发热的影响。针对目前架空地线接地方式存在的问题，提出了相关改进方案。

1 逐基直接接地方式

1.1 等效电流回路

逐基直接接地方式，是指架空地线在线路杆塔和变电站进线构架上均直接接地。这种接地方式包括2种形式：一种是通过金具直接与杆塔或构架相连，另一种由带放电间隙的绝缘子相连接，通过架空地线尾巴线跳接到杆塔或构架上。如图1，2所示。

架空地线与输电导线之间的静电感应和电磁耦合，使架空地线在正常运行时会产生感应电压，采用直接接地方式的架空地线两侧均接地，通过两点接地与大地构成了电流回路，等效电路如图3所示，图中：E为架空地线上的感应电压；Zr1，Zr2为杆塔或变电站接地网的接地电阻；Zd为架空地线的自阻抗；Z0为大地回路的自阻抗。

1.2 金具发热原因

逐基直接接地的架空地线正常运行时会流过环流，根据焦耳定律，电流产生的热效应Q与电流的平方成正比，与金属的电阻成正比。因此，架空地线金具发热的是架空地线接地环流和金具的电阻两个因素综合作用的结果。

静电感应在架空地线上产生的感应电流和损耗均很小，可以忽略不计[8]，架空地线上的接地环流主要受电磁感应电压影响。由于架空地线与各相导线之间的距离不相等、互感不同，虽然正常情况下各相导线的负荷电流平衡，但地线上仍会出现感应电势，计算公式为：

式中：E为架空地线上的感应电势；α为120度相角；I为负荷电流；d为导线与架空地线的间距。

在架空地线不换位的情况下，da，db，dc均为定值，地线上的感应电势与输电线路的负荷电流I成正比，因此架空地线的接地环流主要受输电线路负荷电流影响，直接接地的架空地线金具发热的原因为：

（1）采用直接接地，构成电流回路，正常运行时流过环流；

（2）输电线路负荷电流大，感应电压大，使接地环流增大；

（3）金具接触电阻增大。

1.3 现场实测分析

乔司变乔涌5943线架空地线采用逐基直接接地方式，实际运行中存在发热现象，红外线测温如图4所示。

发热点如图5所示，可见架空地线金具锈蚀严重，底部连接处有明显发白痕迹，金具接触电阻增大是金具发热的原因之一。

现场采用钳形电流表测量不同负荷电流时架空地线的接地点流过的电流，并利用红外线测温仪跟踪测温，以乔涌5493线为例，测试结果如表1所示。可以看出，当负荷电流较小时，架空地线的接地环流不大，金具发热点的温度不高；随着负荷电流的增大，架空地线的接地环流显著增大，发热点的温度也显著上升。因此，架空地线的接地环流增大，是金具发热的直接原因。

2 分段绝缘、单点接地方式

2.1 等效回路

架空地线分段绝缘、单点接地方式，一侧采用带放电间隙的绝缘子与杆塔绝缘，另一侧直接连接杆塔接地，如图6所示。

正常运行时，由于一侧绝缘不接地，另一侧虽然接地，但单点接地不能构成电流回路。等效回路如图7所示。

2.2 金具发热分析

分段绝缘、单点接地方式不能构成电流回路，正常运行时架空地线中没有电流流过，金具发热的可能性很小，输电损耗小。但是，当负荷电流过大时，架空地线上会产生很高的感应电压，带放电间隙的绝缘子长期放电击穿，可能会导致金具、OPGW熔毁，造成架空地线脱落、保护通信中断的事故。

3 接地方式改进

3.1 架空地线换位策略

500 kV输电线路双架空地线分别靠近A相和C相，两条架空地线的电磁感应电压相角差大。在架空地线的偶数段对其换位处理，同一架空地线换相前和换相后的电压相角相差很大，总的感应电压得到中和，极大地降低了接地环流，降低了损耗，可以达到消除金具发热的目的。

改进后的架空地线接线图如图8所示。架空地线在奇数塔直接接地，在偶数塔经带放电间隙的绝缘子与杆塔绝缘，并在偶数塔对架空地线换位。等效电路如图9所示，经过换位后的E2与换位前的E1相位近乎反相，通过两端奇数塔的接地点构成电流回路。

以500 kV输电线路ZB1酒杯型直线塔为例计算，导线水平排列，双避雷线，导线型号4× LGJ-400/35钢芯铝绞线，架空地线选用GJ-70镀锌钢绞线，线路全长100 km，输电线路负荷电流为1 000∠-26°A。根据公式（1）计算可得：

换位后总的感应电压为：

可见，E1与E2近乎反相，架空地线换位后的感应电压大幅下降，根据架空地线阻抗和杆塔、大地的阻抗，可以计算出架空地线中流过的接地环流和损耗，如表2所示。结果表明，改进后的接地方式与逐基直接接地相比，架空地线中的接地环流大幅下降，输电线路的损耗明显减小，消除了金具发热的安全隐患。

3.2 短路电流分流系数

变电站站内发生短路故障时，架空地线的分流作用会影响到变电站入地短路电流的大小，从而影响跨步电压的大小。根据文献[2]规定：

式中：I为入地短路电流；Imax为接地短路时的最大接地短路电流；In为流经变电站接地中性点的最大短路电流；Ke为架空地线的分流系数。

由式（2）可见，Ke越大，变电站的入地短路电流越小，跨步电压越小，安全性越高。

架空地线采用分段绝缘、单点接地时，不能构成电流回路，Ke=0，入地短路电流最大，跨步电压很高。

架空地线奇数段接地增加了接地点之间的档距，采用基于相分量的回路电流法，计算不同档距下架空地线的分流系数，如表3所示，可以看出，档距越小，架空地线的分流系数越大，这主要是由于档距变小时总等效阻抗减小，因此架空地线的分流增大。当档距＞400 m时，分流系数基本不再变化，因此，采用奇数段接地后，档距虽然增大，但对分流系数的影响很小，不会显著增大跨步电压，保证了人身安全。

4 结语

对目前架空地线采用的接地方式进行了比对分析，结合500 kV乔司变电站现场实测结果，分析了架空地线接地方式对金具发热的影响。提出架空地线奇数段接地、偶数段换位的接地方式，在不影响架空地线分流系数的情况下，减小了架空地线上的感应电压和接地环流，降低了损耗，消除了金具发热的安全隐患。

[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].2版.北京：中国电力出版社，2002.

[2]DL/T 621-1997交流电气装置的接地[S].北京：中国电力出版社，1997.

[3]颜天佑，黄业同，杨长辉.110 kV同塔六回输电线路避雷线损耗研究[J].电力学报，2012，27（1）:5-9.

[4]缪晶晶，徐志磊，冒新国，等.OPGW接地方式研究及分段绝缘方案设计[J].电力系统通信，2012，33（231）:47-51.

[5]彭向阳，刘毅刚，张穗强.OPGW光纤复合架空地线异常发热现场测量分析及仿真[J].电网技术，2012，36（2）: 206-211.

[6]葛猛，姜大宇.架空地线耐张线夹过热原因分析[J].电力安全技术，2005，4（7）:17-22.

[7]刘玲，郑斯聪，蒋健，等.一起光纤复合地线搭接地点熔断案例的分析[J].广东电力，2009，22（10）:60-63，74.

[8]杨挺.500 kV输电线路架空绝缘地线掉线原因及对策[J].电力安全技术，2005，7（12）:4-6.

[9]朱发强.OPGW使用寿命及光中继路由可用性问题的研究[J].电力系统通信，2004（2）:25-30.

[10]王学军.超高压送电线路OPGW不同接地方式分析[J].电工技术，2011（12）:47-49.

[11]韩立奎，张兆华，韩晓冰，等.220 kV输电线路OPGW光缆接地方式改进分析[J].光通信技术，2011，6:33-35.

（本文编辑：陆莹）

Analysis and Countermeasure of Hardware Heating for 500 kV Overhead Ground Wire

HUANG Wei，CHENG Yong，DONG Jian xin，HU Jun hua，QIAN Guo zhong
（Maintenance Branch of Zhejiang（Provincial）Electric Power Company，Hangzhou 311232，China）

Combined with the actual measurement result of 500 kV Qiaosi substation,the impact of grounding mode of overhead ground wire on hardware heating is analyzed.The grounding circulating current brought by the direct grounding of overhead ground wire is the main reason of hardware heating and results in transmission loss.Though the section insulation and same point grounding method can eliminate circulating current and reduce the loss,there is high induced voltage on overhead grounding wire,which poses limitation to the use.Aiming at this problem,the method of odd number section grounding and even number section transposition is proposed.By using the characteristic that the voltage phase of the double overhead ground wires is nearly opposite,the induced voltage of overhead grounding wire is neutralized through transposition strategy, grounding circulating current and transmission loss are reduced.The current sharing factor of overhead grounding wire after transposition changes little,bringing less impact on step voltage and ensuring the safety.

overhead ground wire；hardware heating；OPGW；grounding mode；circulating current

TM755

：B

：1007-1881（2013）11-0036-04

2013-08-13

黄巍（1985-），男，湖北枣阳人，工程师，从事电力系统变电运行工作。