孔晓峰 赵俊杰 潜力群 张宇娇 普子恒

(1. 国网金华供电公司，浙江 金华 321001； 2. 三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

500 kV同塔双回线路检修接地线烧蚀事故分析及防护措施研究

孔晓峰1赵俊杰1潜力群1张宇娇2普子恒2

(1. 国网金华供电公司，浙江 金华 321001； 2. 三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002)

500 kV同塔双回线路一回运行，另一回停运检修时线路上会有较高的感应电压和感应电流，可能危及检修人员安全．本文以浙江兰溪电厂到双龙变的500 kV同塔双回线路检修接地线的烧蚀事故为对象，通过仿真计算了检修线路上的感应电压及接地线感应电流的大小及分布特性，分析了接地线烧蚀事故原因以及对应的防护措施，可为接地线的选型和检修方案制定提供参考．

同塔双回线路； 线路检修； 感应电压； 感应电流

同塔双回输电线路检修时常采用一回线路正常运行，另一回路停电检修的运行方式，由于停运线路和运行线路之间的电磁耦合和静电耦合，在停运线路上会产生较大的感应电压和感应电流，为保证检修人员的安全，需要研究相应的安全防护措施[1-3]．目前，国内外对于500 kV常规线路、同塔双回线路和紧凑型线路的检修作业安全防护研究较多，多数研究通过对线路的感应电压、感应电流进行现场实测和电磁暂态仿真计算，并结合试验确定的带电作业安全距离等，提出了同塔双回线路检修作业的安全防护措施[4-7]．但不同输电线路的杆塔型号、线路长度、架设形式都有区别，对于特定地域检修时工器具出现的问题需要有针对性的分析，例如部分线路段检修时发生接电线烧蚀事故等[8-9]．

500 kV同塔双回线路电压等级高，当线路较长时会产生较大的感应电压，在临时接地线上会有较大的感应电流，而且接地线与导线接触或脱离的瞬间会产生很大的电弧，电弧产生的高温会烧蚀导线，严重时可能造成导线断股，对检修人员构成较大的安全隐患．浙江一段同塔双回500 kV线路检修时，接地线上电流过大造成的接头压接处严重烧蚀情况，如图1所示．如果在检修时发生断股，可能造成严重的安全事故．因此，必须对检修线路的感应电压、感应电流特点进行研究，并结合接地线结构特点进行分析．

图1 接地线接头处严重烧蚀

1 500 kV同塔双回线路仿真模型建立

本文根据浙能兰溪电厂到双龙变的500 kV和双兰线路的同塔双回线路进行仿真研究，仿真建模所需的主要参数如下：

1)线路长度：龙兰线和双兰线线路全长约50 km，其中同塔双回线路部分长度为38.755 km，单回线路为11.245 km．

2)杆塔型号：本次仿真采用的塔型为直线塔，根据统计选择双回线路和单回线路最多的塔型分别为SZV1A和ZM1b．同塔双回杆塔尺寸和导线布置方式如图2所示，呼高为42 m，双兰线从上到下顺序为B-A-C，龙兰线从上到下顺序为B-C-A．导线和地线的弧垂分别设置为10 m和5 m．单回线路杆塔为猫头塔，排列方式从左到右为A-B-C三相．

图2 SZV1A杆塔的导线布置方式

3)导线和地线参数：导线和地线的主要电气参数见表1，主要包括分裂间距、直流电阻、导线直径等参数．

表1 导线和地线参数

4)其它参数：接地电阻设置初值为10 Ω，可根据仿真需要进行修改，线路土壤电阻率设置为100 Ω·m．通过设置线路两端的电压幅值和相位得到不同潮流值．

本文采用PSCAD电磁暂态仿真软件，建立每个档距的输电线路模型，两侧用等效电源模拟，连接起来形成整体仿真模型．其中输电线路采用的是频率相关模型，考虑所有频率相关的参数，可更为准确地计算线路的感应电压和感应电流情况．

2 仿真结果分析

2.1 感应分量分析

停运线路上共有4种不同的感应参数：电磁感应电压、电磁感应电流、静电感应电压和静电感应电流，分别代表停电线路不同状态的感应量．同塔双回输电系统中，若一回线路退出运行进行检修时，被检修线路不接地，将在被检修线路上产生感应电压，该感应电压的静电耦合分量起决定性作用，可近似为静电耦合电压；若被检修线路一端接地，接地处将流过感应电流，该感应电流的静电耦合分量起决定性作用，近似为静电耦合电流，并且线路另一侧会产生较高的感应电压，近似为电磁耦合电压；若被检修线路两端接地，则接地点会产生感应电流，可近似为电磁耦合电流．这些参量的大小与杆塔的型式、线路导线的排列、线路的运行方式、线路的长度等因素有关．

首先对不同的感应分量进行仿真研究，双兰线路正常运行，线路电流值设为1 500 A，潮流约为1 300 MW；龙兰线路根据上述分析分为3种情况，两端均不接地，一端接地，两端都接地．接地电阻取10 Ω，线路A、B、C三相完全对称换位，仿真得到感应电压、电流数据见表2．

由表中数据可知在三相完全对称时，龙兰线的电磁感应电流约为39 A，电磁感应电压约为1 kV；静电感应电流约为2.3 A，静电感应电压约为10 kV．可以看到停运后检修线路上仍有较高的感应电压，在接地后也有较大的入地电流．

表2 4种感应分量的计算结果

2.2 检修接地线入地电流分析

此次地线烧蚀发生在龙兰线末端的126号杆塔，按照龙兰线全线两端接地，检修段两端点也同时接地，接地电阻选择为10 Ω，设置线路完全换位时，仿真计算各接地处的入地电流值见表3．

表3 检修时各接地点的入地电流 (单位：A)

根据龙兰线和双兰线的导线布置情况，如果完全不换位，按照双兰线从上到下顺序为B-A-C，龙兰线从上到下顺序为B-C-A，计算结果见表4．可以看到电流最大值出现在双龙变A侧，对应末端126号杆塔，导线换位时最大电流值为40.74 A，若不考虑换位电流最大值为74.30 A．对于部分长度较短的线路可不进行换位，检修时三相入地电流不平衡，某一相的入地电流会有较大增幅．

表4 导线不换位时各接地点的入地电流(单位：A)

在一次检修中进行了114号杆塔的感应电压、感应电流的测量，检修时运行线路的负荷约为720 MW，测量值与仿真值对比见表5．

表5 感应电压、感应电流测量值与仿真值对比

可以看到计算值与仿真值差异最大在10%左右，考虑设置的接地电阻和部分杆塔型号也会对结果造成影响，可认为仿真结果与实际测量值有较好的一致性．

2.3 检修接地线入地电流的影响因素分析

1)同塔双回线路段长度的影响

保证其它条件一致，仅改变同塔双回线路段长度，计算得到不同线路长度最大的电磁感应电流、静电感应电流如图3所示，电磁感应电压、静电感应电压如图4所示．由图可见随着线路长度增大电磁感应电流和静电感应电压增加逐渐变慢，而静电感应电流和电磁感应电压数值较小，随线路长度增大近似线性增长．

图3 同塔双回段长度对感应电流分量的影响 图4 同塔双回段长度对感应电压分量的影响

2)线路输送功率的影响

保证其它条件一致，仅改变线路的线电流，计算得到不同电流时4种感应分量的最大值见表6．由表可知静电感应电流与电压基本不变，而电磁感应电流和电压随输送功率的增大呈线性增大趋势．

表6 输送功率对感应电压、感应电流的影响

3)接地电阻的影响

保证其它条件一致，仅改变线路的接地电阻，计算得到不同接地电阻时4种感应分量的最大值见表7．可以看到接地电阻主要影响电磁感应电流值的大小，随接地电阻增大迅速减小．

表7 接地电阻对感应电压、感应电流的影响

4)导线布置方式的影响

保证其它条件一致，改变导线的布置方式，主要改变相间和两个回路间的距离，计算得到不同导线布置方式时4种感应分量的最大值见表8．由表中数据可知当相间距减小时电磁感应电流反而减小，分析是由于三相共同感应会相互抵消．当回路间距离减小时，两回路间的电磁耦合作用更强，感应电流更大，结果与理论分析一致．

表8 导线布置方式对感应电压、感应电流的影响

3 接地线烧蚀原因以及防治措施分析

首先对本次接地线烧蚀事故进行分析，考虑此段同塔双回线路长度较短，未进行换位．此时最大电流约为74 A，对于一般的临时接地线截面积为25 mm2，允许温度下的最大载流量约为160 A，即使考虑接地电阻、输送最大功率的影响，电流也没有达到允许的最大电流．观察图1主要是接头压接处严重烧蚀，分析主要原因如下：1)接头处为压接部分，长期使用后接头处由于氧化作用和机械力作用造成接触电阻过大，当未停运线路输送功率较大、检修处接地电阻较小时，可能使检修线路某一相的入地电流超过100 A，接头处由于接触电阻大发热严重，可能产生过热烧蚀，严重时可能造成断股；2)计算得到的感应电压较高，现有接地线通过摇晃和多次触碰才能将接地线与高压线扣合在一起，容易出现接地线还未挂接到高压线上，但是接地线与高压线相接触的一端可能产生电弧烧蚀，使连接线的端部烧焦，无法使用．

根据上述影响因素的研究分析，入地电流的计算结果可推广到浙江其它500 kV同塔双回线路，防止接地线烧蚀应采取以下措施：1)根据仿真研究得到的输送功率、线路长度、导线布置方式、杆塔接地电阻等参数对入地电流的影响，预估检修线路可能出现的入地电流大小，选取合适型号的接地线．2)检修前对接地线电阻进行测量，并与历史数据进行对比，若电阻有明显增大，应更换接地线，防止接头处接触电阻过大导致局部过热．3)为尽量避免电弧烧蚀的发生，需在接头处加装消弧装置；同时尽量使接地线可一次性扣合高压线，需加装辅助固定装置．

4 结 论

本文以浙江兰溪电厂到双龙变的500 kV同塔双回线路为原型，仿真分析了检修线路上感应电压、感应电流大小及影响因素，主要结论如下：1)仿真得到了浙江兰溪电厂到双龙变的500 kV同塔双回线路的4种感应分量大小，感应电压可达10 kV，感应电流约为40 A．2)不考虑换位，事故处的接地电流最大值约为74 A，未超过接地线最大载流量，此次烧蚀事故主要是由于接头处局部电阻过大以及挂接过程中的电弧烧蚀造成．3)通过仿真计算了不同线路长度、输送功率、接地电阻、导线布置方式等情况下的入地电流大小，对于不同的500 kV同塔双回线路，检修前可根据计算结果预估接地线入地电流大小．4)预防接地线烧蚀事故可采用如下措施：根据预估接地线入地电流大小选择合适的接地线型号；检修前测量接地线电阻，对比分析接头处的接触电阻；在接地线接头处加装消弧装置和易于扣合线路的固定装置．

[1] 金 逸，肖 匀，刘 庭，等.500 kV同塔四回线路不全停运检修作业方式研究[J].中国电力，2012，45(9)：29-34．

[2] Gatta F M, Geri A, Lauria S． Back-flashover Simulation of HV Transmission Lines with Concentrated Tower Grounding [J]. Electric Power Systems Research，2005，73(3)：373-381．

[3] 丁玉剑.500 kV同塔双回垂直排列紧凑型输电线路带电作业试验研究[J].电网技术，2013，37(11)：3281-3287．

[4] 胡 毅，王力农，邵瑰伟，等.紧凑型输电线路带电作业方式及安全防护[J].电网技术，2007，31(23)：6-10．

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[6] 张文英，邓华，钱晶，等.云南电网紧凑型500 kV线路带电作业安全性研究[J].中国电力，2013，46(7)：66-71．

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[9] 李燕青，范环宇，黄平．同塔双回线路临时接地线检测方法研究[J]．电测与仪表，2015，52(2)：54-58．

[责任编辑 张 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

孔晓峰(1965-)，男，高级工程师，主要从事输电线路运行、检修、技术管理工作．E-mail：jhkxf@sina.com

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

TM755

A

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