孔曉峰 趙俊杰 潛力群 張宇嬌 普子恒

(1. 國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321001； 2. 三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

500 kV同塔雙回線路檢修接地線燒蝕事故分析及防護措施研究

孔曉峰1趙俊杰1潛力群1張宇嬌2普子恒2

(1. 國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321001； 2. 三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

500 kV同塔雙回線路一回運行，另一回停運檢修時線路上會有較高的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，可能危及檢修人員安全．本文以浙江蘭溪電廠到雙龍變的500 kV同塔雙回線路檢修接地線的燒蝕事故為對象，通過仿真計算了檢修線路上的感應(yīng)電壓及接地線感應(yīng)電流的大小及分布特性，分析了接地線燒蝕事故原因以及對應(yīng)的防護措施，可為接地線的選型和檢修方案制定提供參考．

同塔雙回線路； 線路檢修； 感應(yīng)電壓； 感應(yīng)電流

同塔雙回輸電線路檢修時常采用一回線路正常運行，另一回路停電檢修的運行方式，由于停運線路和運行線路之間的電磁耦合和靜電耦合，在停運線路上會產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，為保證檢修人員的安全，需要研究相應(yīng)的安全防護措施[1-3]．目前，國內(nèi)外對于500 kV常規(guī)線路、同塔雙回線路和緊湊型線路的檢修作業(yè)安全防護研究較多，多數(shù)研究通過對線路的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流進行現(xiàn)場實測和電磁暫態(tài)仿真計算，并結(jié)合試驗確定的帶電作業(yè)安全距離等，提出了同塔雙回線路檢修作業(yè)的安全防護措施[4-7]．但不同輸電線路的桿塔型號、線路長度、架設(shè)形式都有區(qū)別，對于特定地域檢修時工器具出現(xiàn)的問題需要有針對性的分析，例如部分線路段檢修時發(fā)生接電線燒蝕事故等[8-9]．

500 kV同塔雙回線路電壓等級高，當(dāng)線路較長時會產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，在臨時接地線上會有較大的感應(yīng)電流，而且接地線與導(dǎo)線接觸或脫離的瞬間會產(chǎn)生很大的電弧，電弧產(chǎn)生的高溫會燒蝕導(dǎo)線，嚴重時可能造成導(dǎo)線斷股，對檢修人員構(gòu)成較大的安全隱患．浙江一段同塔雙回500 kV線路檢修時，接地線上電流過大造成的接頭壓接處嚴重?zé)g情況，如圖1所示．如果在檢修時發(fā)生斷股，可能造成嚴重的安全事故．因此，必須對檢修線路的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流特點進行研究，并結(jié)合接地線結(jié)構(gòu)特點進行分析．

圖1 接地線接頭處嚴重?zé)g

1 500 kV同塔雙回線路仿真模型建立

本文根據(jù)浙能蘭溪電廠到雙龍變的500 kV和雙蘭線路的同塔雙回線路進行仿真研究，仿真建模所需的主要參數(shù)如下：

1)線路長度：龍?zhí)m線和雙蘭線線路全長約50 km，其中同塔雙回線路部分長度為38.755 km，單回線路為11.245 km．

2)桿塔型號：本次仿真采用的塔型為直線塔，根據(jù)統(tǒng)計選擇雙回線路和單回線路最多的塔型分別為SZV1A和ZM1b．同塔雙回桿塔尺寸和導(dǎo)線布置方式如圖2所示，呼高為42 m，雙蘭線從上到下順序為B-A-C，龍?zhí)m線從上到下順序為B-C-A．導(dǎo)線和地線的弧垂分別設(shè)置為10 m和5 m．單回線路桿塔為貓頭塔，排列方式從左到右為A-B-C三相．

圖2 SZV1A桿塔的導(dǎo)線布置方式

3)導(dǎo)線和地線參數(shù)：導(dǎo)線和地線的主要電氣參數(shù)見表1，主要包括分裂間距、直流電阻、導(dǎo)線直徑等參數(shù)．

表1 導(dǎo)線和地線參數(shù)

4)其它參數(shù)：接地電阻設(shè)置初值為10 Ω，可根據(jù)仿真需要進行修改，線路土壤電阻率設(shè)置為100 Ω·m．通過設(shè)置線路兩端的電壓幅值和相位得到不同潮流值．

本文采用PSCAD電磁暫態(tài)仿真軟件，建立每個檔距的輸電線路模型，兩側(cè)用等效電源模擬，連接起來形成整體仿真模型．其中輸電線路采用的是頻率相關(guān)模型，考慮所有頻率相關(guān)的參數(shù)，可更為準確地計算線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流情況．

2 仿真結(jié)果分析

2.1 感應(yīng)分量分析

停運線路上共有4種不同的感應(yīng)參數(shù)：電磁感應(yīng)電壓、電磁感應(yīng)電流、靜電感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電流，分別代表停電線路不同狀態(tài)的感應(yīng)量．同塔雙回輸電系統(tǒng)中，若一回線路退出運行進行檢修時，被檢修線路不接地，將在被檢修線路上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓的靜電耦合分量起決定性作用，可近似為靜電耦合電壓；若被檢修線路一端接地，接地處將流過感應(yīng)電流，該感應(yīng)電流的靜電耦合分量起決定性作用，近似為靜電耦合電流，并且線路另一側(cè)會產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，近似為電磁耦合電壓；若被檢修線路兩端接地，則接地點會產(chǎn)生感應(yīng)電流，可近似為電磁耦合電流．這些參量的大小與桿塔的型式、線路導(dǎo)線的排列、線路的運行方式、線路的長度等因素有關(guān)．

首先對不同的感應(yīng)分量進行仿真研究，雙蘭線路正常運行，線路電流值設(shè)為1 500 A，潮流約為1 300 MW；龍?zhí)m線路根據(jù)上述分析分為3種情況，兩端均不接地，一端接地，兩端都接地．接地電阻取10 Ω，線路A、B、C三相完全對稱換位，仿真得到感應(yīng)電壓、電流數(shù)據(jù)見表2．

由表中數(shù)據(jù)可知在三相完全對稱時，龍?zhí)m線的電磁感應(yīng)電流約為39 A，電磁感應(yīng)電壓約為1 kV；靜電感應(yīng)電流約為2.3 A，靜電感應(yīng)電壓約為10 kV．可以看到停運后檢修線路上仍有較高的感應(yīng)電壓，在接地后也有較大的入地電流．

表2 4種感應(yīng)分量的計算結(jié)果

2.2 檢修接地線入地電流分析

此次地線燒蝕發(fā)生在龍?zhí)m線末端的126號桿塔，按照龍?zhí)m線全線兩端接地，檢修段兩端點也同時接地，接地電阻選擇為10 Ω，設(shè)置線路完全換位時，仿真計算各接地處的入地電流值見表3．

表3 檢修時各接地點的入地電流 (單位：A)

根據(jù)龍?zhí)m線和雙蘭線的導(dǎo)線布置情況，如果完全不換位，按照雙蘭線從上到下順序為B-A-C，龍?zhí)m線從上到下順序為B-C-A，計算結(jié)果見表4．可以看到電流最大值出現(xiàn)在雙龍變A側(cè)，對應(yīng)末端126號桿塔，導(dǎo)線換位時最大電流值為40.74 A，若不考慮換位電流最大值為74.30 A．對于部分長度較短的線路可不進行換位，檢修時三相入地電流不平衡，某一相的入地電流會有較大增幅．

表4 導(dǎo)線不換位時各接地點的入地電流(單位：A)

在一次檢修中進行了114號桿塔的感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的測量，檢修時運行線路的負荷約為720 MW，測量值與仿真值對比見表5．

表5 感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流測量值與仿真值對比

可以看到計算值與仿真值差異最大在10%左右，考慮設(shè)置的接地電阻和部分桿塔型號也會對結(jié)果造成影響，可認為仿真結(jié)果與實際測量值有較好的一致性．

2.3 檢修接地線入地電流的影響因素分析

1)同塔雙回線路段長度的影響

保證其它條件一致，僅改變同塔雙回線路段長度，計算得到不同線路長度最大的電磁感應(yīng)電流、靜電感應(yīng)電流如圖3所示，電磁感應(yīng)電壓、靜電感應(yīng)電壓如圖4所示．由圖可見隨著線路長度增大電磁感應(yīng)電流和靜電感應(yīng)電壓增加逐漸變慢，而靜電感應(yīng)電流和電磁感應(yīng)電壓數(shù)值較小，隨線路長度增大近似線性增長．

圖3 同塔雙回段長度對感應(yīng)電流分量的影響 圖4 同塔雙回段長度對感應(yīng)電壓分量的影響

2)線路輸送功率的影響

保證其它條件一致，僅改變線路的線電流，計算得到不同電流時4種感應(yīng)分量的最大值見表6．由表可知靜電感應(yīng)電流與電壓基本不變，而電磁感應(yīng)電流和電壓隨輸送功率的增大呈線性增大趨勢．

表6 輸送功率對感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的影響

3)接地電阻的影響

保證其它條件一致，僅改變線路的接地電阻，計算得到不同接地電阻時4種感應(yīng)分量的最大值見表7．可以看到接地電阻主要影響電磁感應(yīng)電流值的大小，隨接地電阻增大迅速減小．

表7 接地電阻對感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的影響

4)導(dǎo)線布置方式的影響

保證其它條件一致，改變導(dǎo)線的布置方式，主要改變相間和兩個回路間的距離，計算得到不同導(dǎo)線布置方式時4種感應(yīng)分量的最大值見表8．由表中數(shù)據(jù)可知當(dāng)相間距減小時電磁感應(yīng)電流反而減小，分析是由于三相共同感應(yīng)會相互抵消．當(dāng)回路間距離減小時，兩回路間的電磁耦合作用更強，感應(yīng)電流更大，結(jié)果與理論分析一致．

表8 導(dǎo)線布置方式對感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的影響

3 接地線燒蝕原因以及防治措施分析

首先對本次接地線燒蝕事故進行分析，考慮此段同塔雙回線路長度較短，未進行換位．此時最大電流約為74 A，對于一般的臨時接地線截面積為25 mm2，允許溫度下的最大載流量約為160 A，即使考慮接地電阻、輸送最大功率的影響，電流也沒有達到允許的最大電流．觀察圖1主要是接頭壓接處嚴重?zé)g，分析主要原因如下：1)接頭處為壓接部分，長期使用后接頭處由于氧化作用和機械力作用造成接觸電阻過大，當(dāng)未停運線路輸送功率較大、檢修處接地電阻較小時，可能使檢修線路某一相的入地電流超過100 A，接頭處由于接觸電阻大發(fā)熱嚴重，可能產(chǎn)生過熱燒蝕，嚴重時可能造成斷股；2)計算得到的感應(yīng)電壓較高，現(xiàn)有接地線通過搖晃和多次觸碰才能將接地線與高壓線扣合在一起，容易出現(xiàn)接地線還未掛接到高壓線上，但是接地線與高壓線相接觸的一端可能產(chǎn)生電弧燒蝕，使連接線的端部燒焦，無法使用．

根據(jù)上述影響因素的研究分析，入地電流的計算結(jié)果可推廣到浙江其它500 kV同塔雙回線路，防止接地線燒蝕應(yīng)采取以下措施：1)根據(jù)仿真研究得到的輸送功率、線路長度、導(dǎo)線布置方式、桿塔接地電阻等參數(shù)對入地電流的影響，預(yù)估檢修線路可能出現(xiàn)的入地電流大小，選取合適型號的接地線．2)檢修前對接地線電阻進行測量，并與歷史數(shù)據(jù)進行對比，若電阻有明顯增大，應(yīng)更換接地線，防止接頭處接觸電阻過大導(dǎo)致局部過熱．3)為盡量避免電弧燒蝕的發(fā)生，需在接頭處加裝消弧裝置；同時盡量使接地線可一次性扣合高壓線，需加裝輔助固定裝置．

4 結(jié) 論

本文以浙江蘭溪電廠到雙龍變的500 kV同塔雙回線路為原型，仿真分析了檢修線路上感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流大小及影響因素，主要結(jié)論如下：1)仿真得到了浙江蘭溪電廠到雙龍變的500 kV同塔雙回線路的4種感應(yīng)分量大小，感應(yīng)電壓可達10 kV，感應(yīng)電流約為40 A．2)不考慮換位，事故處的接地電流最大值約為74 A，未超過接地線最大載流量，此次燒蝕事故主要是由于接頭處局部電阻過大以及掛接過程中的電弧燒蝕造成．3)通過仿真計算了不同線路長度、輸送功率、接地電阻、導(dǎo)線布置方式等情況下的入地電流大小，對于不同的500 kV同塔雙回線路，檢修前可根據(jù)計算結(jié)果預(yù)估接地線入地電流大?。?)預(yù)防接地線燒蝕事故可采用如下措施：根據(jù)預(yù)估接地線入地電流大小選擇合適的接地線型號；檢修前測量接地線電阻，對比分析接頭處的接觸電阻；在接地線接頭處加裝消弧裝置和易于扣合線路的固定裝置．

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[責(zé)任編輯 張 莉]

Studies of Ablation of Ground Wire of 500 kV Double Circuit Maintenance Transmission Line and Protective Measures

Kong Xiaofeng1Zhao Junjie1Qian Liqun1Zhang Yujiao2Pu Ziheng2

(1. Jinhua Electricity Bureau, Jinhua 321001, China; 2. College of Electrical Engineering & Renewable, China Three Gorges Univ., Yichang 443002, China)

Due to the strong coupling in 500 kV double circuits on single tower, there are higher inductive voltage and inductive currents on the non-energized lines while another line is energized. The 500 kV double circuits from Zhejiang Lanxi Power Plant to Shuanglong Substation is chosen as the object. The magnitude and distribution characteristics of the induced voltage of maintenance line and induced current of grounding wire are simulated. The causes of the ablation of the ground wire are analyzed; and then the corresponding protective measures are proposed. So as to provide reference for the formulation of maintenance program and the selection of temporary grounding wire.

double circuit; line maintenance; induced voltage; induced current

2016-11-08

孔曉峰(1965-)，男，高級工程師，主要從事輸電線路運行、檢修、技術(shù)管理工作．E-mail：jhkxf@sina.com

10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2017.03.017

TM755

A

1672-948X(2017)03-0075-04