超高压线路绝缘地线的研究_

超高压线路绝缘地线的研究

StudyonthePerformanceofInsulatedGround

WireonEHVTransmissionLines

武汉水利电力大学　　吴伯华　张孝军　方　瑜　(武汉430072)

【摘要】　从原理上论述了绝缘地线感应电量的计算方法,讨论了确定绝缘地线的绝缘水平及间隙距离的各种影响因素,最后,提出了一种降低地线损耗的新技术——开环技术。【关键词】　地线　避雷线　超高压线路　绝缘

Abstract　Thispaperdealswiththealgorithmofsomeinducedelectricalquantitiesoftheinsulatedgroundwires,discussestherelatedfactorswhichgreatlyaffectthedeterminationofgapinsulationlevelanditsoptimumclearance.Baseduponthat,aneffec2tiveopen2loopmethodispresentedwhichaimstosharplyreducegroundwirepowerlossandprovestobeeffective&applicable.

KeyWords　groundwire　lightningprotectivewire　extrahighvoltagetransmissionline　electricalin2sulation

步较晚,目前在设计上,特别是运行上存在不少问题,有待进一步研究。

1　地线电量分析及计算绝缘地线和三相载流导线共同构成输电线路的统一电磁场,因而各平行导体的相互位置、荷电情况、换位及接线方式等,都会直接影响该电磁场的分布,进而决定地线上感应电参量的大小。

线路正常运行时,由于每相地线与三相载流导线的空间位置并不对称,尽管三相导线上的电压和电流基本平衡,但在地线上仍会同时存在两种感应电量——电磁感应分量和静电感应分量。111　静电感应分量

0　前言

我国220kV及以上的高压、超高压交直流输电线路均采用2根地线(避雷线),其常规的作法是选用钢绞线并逐塔接地,这无疑会显著增加输电线路的电能损耗。计算表明:220kV单回线路的地线损耗为(5～10)×104kW・h󰃗百公里・年,330kV约60×10kW・h󰃗百公里・年,500kV约500×104kW・h󰃗百公里・年。给定线路地线损耗具体数值的大小与系统运行方式、杆塔尺寸及导地线结构、材料等密切相关,并随着电力系统输送容量的增大、输电线路电压等级的提高而增大。因此,采用绝缘架空地线对降低地线环流损耗意义重大。

国际上在本世纪50年代初期,就着手对地线绝缘问题进行研究,并在220kV及以上的高电压系统中迅速推广。嗣后,随着电力系统运行管理水平的提高和自动、远动、遥测、遥控、遥调系统的完善,又不失时机地提出了地线资源综合利用的新课题。地线综合利用主要包含开设地线高频载波通道、地线

兼顾地线融OPGW及GWWOP等光纤数字通道、

冰要求、地线抽能等内容。我国对绝缘地线的研究起

4

根据麦克斯韦方程,平行多导体系统的电位和

电荷关系为[Υ]=[P][q]。具体到双避雷线的单回线路,则为

ΥP11P12P1aP1bP1cq11

Υ2Υa=ΥbΥcP21Pa1Pb1Pc1

P22Pa2Pb2Pc2

P2aPaaPbaPca

P2bPabPbbPcb

P2cPacPbcPccq2qaqbqc(1)

式中　[Υ]——导地线对地电位;[P]——电位系数;

[q]——导地线上的电荷。计算时,可令q1=q2=0转求Υ1、Υ2,或令Υ1=Υ2

=0而转求q1、q2,进而导出i1、i2。

由式(1)可看出,静电感应电压Υ1和Υ2与线路电压及导地线布置方式紧密相关,与线路长度及负荷电流的大小基本无关。当地线存在接地点时,静电感应电压接近为零。静电感应电流为电容性耦合电流,其值很小,一般可忽略。112　电磁感应分量

设[V]为电压矩阵,[I]为导线负荷电流及地线感应电流矩阵,[Z]为导地线全阻抗矩阵,则有电磁

　　收稿日期:1996209220

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1997年第3期　　中　国　电　力　　第30卷

感应矩阵方程,如

VVVVV

12abcZ11Z21

Z12Z22Za2Zb2Zc2

Z1aZ2aZaaZbaZca

Z1bZ2bZabZbbZcb

Z1cZ2cZacZbcZccI1I2IaIbIc=Za1Zb1Zc1

(2)

正常情况下的感应电压与线路是否良好换位、是否采用排流线圈、是否有接地点等有密切关系。若线路换位对称或采用了排流线圈或有接地点直接接地的情况下,绝缘地线上的电压能降低到一个较低的水平。只有当线路不换位或换位不好,而且不能安装排流线圈、不能设接地点直接接地时,也即需利用绝缘地线抽能的情况下,地线上的感应电压才可能达到较高水平。如500kV线路可达54kV或更高。因此,对不考虑抽能的绝缘地线,其绝缘有数千伏(具体与线路电压等级有关)已可认为足够。间隙距离的选取应与地线绝缘水平相配合,间隙值应根据地线上感应电压的续流灭弧条件和继电保护动作条件确定。目前,国际上对间隙距离的取值有两种观点:观点一认为间隙应取40～50mm的大间距,以确保在线路故障时,间隙不放电,而只在雷电情况下放电,典型国家如前苏联;观点二认为间隙应取20mm以下,以确保线路故障时,近故障点的几基杆塔间隙放电,典型国家如德国。显然,两种观点的根本区别在于线路故障时,间隙是否放电。观点一主要从有利于通信、高频保护出发,但会导致线路等效接地电阻、零序阻抗增大,从而影响重合闸的选相、零序保护、远动控制及操作过电压、潜供电流等;观点二则从有利于降低线路等效接地电阻、零序阻抗出发,尽可能使故障时线路工作在如同地线直接接地的情况下,其主要缺点是间隙放电次数多,可能影响线路高频保护。具体线路采用哪种观点与线路的各种工作方式,特别是保护方式有紧密关系。大部分线路认为采用观点二更合适些。我国部颁规程中要求间隙距离在10～40mm,这既非观点一,也非观点二,也给运行部门造成了混乱;但在实际应用中,我国设计部门设计间隙距离大多在10～25mm。

计算时,可分别令I1=I2=0或V1=V2=0,而转求V1、V2或I1、I2。

与静电感应分量不同,电磁感应电压V1和V2取决于负荷电流及线路长度和导线布置方式,而与输电电压的数值无关。

电磁感应电流是一个值得注意的问题,由它引起的电能损耗占地线总损耗的绝大部分。在两端接地的线路中,该电流有可能达到数十安培以上。113　换位的效果由于三相导线电压和电流均为平衡量,可以注意到两地线上的感应电压一定存在相角差。结合某500kV线路,进行了如表1、2所示的计算。

表1　　全线绝缘地线静电感应电压

导线相序

地　线　1

ABCBCACAB

5410∠-2416°

电　压　(kV)

地　线　2

5410∠14416°

两地线换位后

1012∠60°1012∠-60°

5410∠-14416°5410∠2416°5410∠9514°

5410∠-9514°1012∠180°

表2　　全线绝缘地线单位长度电磁感应电压

导线相序

ABCBCACAB

电　压　(V)

地　线　1

34614∠5712°

地　线　2两地线换位后

34614∠-11712°3318∠-3010°

3317∠-15010°3318∠90°

34614∠-6218°34614∠12218°34614∠17712°34614∠218°

　　由表1、2可知,在同一导线相序下,两地线上两种电压感应分量幅值相等,相角差接近180°。地线采取换位后,其上感应电压大大降低。若考虑导线换位,则地线上电压会进一步降低。可见导地线换位效果是显著的。

3　开环技术

目前,在绝缘地线应用技术中,“合理勤换位”和“多分段中点一点接地”有效地降低地线损耗,是两

种较好的方法,但也各有其自身局限性。开环技术则是一种全新的技术,其示意如附图所示。

两地线在跨接铁塔处直接接地,而在下一连接铁塔处,两地线1根绝缘、1根接地,接着在下一跨接铁塔处,又直接接地。全线如此轮回,则构成开环系统。开环系统中,虽然所有地线回路是断开的,但从发送端至接受端,对不平衡电流和故障电流仍然

(下转第52页)

2　绝缘地线的绝缘水平及间隙距离选取

确定地线的绝缘水平时需要考虑到:在线路正常运行情况下,有良好的绝缘性能,而在雷电先导放电阶段的强烈电场作用下,能使原来绝缘的地线呈完全接地状态,以及满足线路故障情况下的特殊要求。—12—

1997年第3期　　中　国　电　力　

216　SCS提示画面

　第30卷

其它任何直观形式)。

214　驱动级联锁开关手动投󰃗切操作画面

以功能子组或若干相关功能子组为单位划分画面,即一个功能子组(或相关功能子组)内的各被控对象的驱动级联锁开关归入一个操作画面。每个驱动级的联锁开关以相应被控对象的测点名加被控对象的示意图表示。

215　事故报警确认操作画面

停操作,贯穿SCS主要用于单元机组的辅机启󰃗

于机组从点火直至停机的各个阶段,但SCS操作不是连续进行的,因此操作员长期连续监视的画面主要是工艺流程图或协调控制系统的画面。而控制系统的任何一个被控对象出现事故报警,只能通过工艺流程图或协调系统操作画面上方的SCS报警栏给出指示。为了能对出现事故报警的被控对象进行快速检索、判别和确认事故类别(跳闸、断线及执行指令超时等),就需要定义且合理、有效地组织事故报警确认操作画面。

主要指功能组或功能子组中主要辅机顺序控制

的启、停允许条件和能引起主要辅机跳闸的保护跳闸信号一览画面,此类画面通常主要用于功能组或功能子组启、停操作时的条件检查。

3　结束语

顺序控制的设计尚有许多问题需要在实践中探索和完善。采用DCS后,与常规联锁间的界面以何种方式处理更好,人2机界面应为运行人员提供哪些最基本的操作和提示,才能更有效地利用好顺序控制功能,这些都需要同行及上级主管部门讨论,尽早制定一个相应规范,以宏观指导今后的SCS设计,特别是给DCS的国外承包商一个明确的顺序控制设计技术规范书,使其设计的系统更适合于技术要求和操作习惯,为SCS的设计、应用向更加实用化的方向推进。

(责任编辑　叶　雷)

　　(上接第12页)

它对考虑具体的绝缘方式、绝缘水平、间隙选取等都有指导意义。采用计算机辅助计算,可将各种相互影响的参变量予以量化,大大提高工作效率。

412　绝缘地线的绝缘水平和间隙距离的选取,并不是一个仅局限于地线的问题,它的确定将“牵一发而动全身”,应在充分考虑系统的各种工作方式,特别是保护方式的基础上予以确定。

413　开环技术作为减少地线损耗的新技术,且有投资少的特点,将有广阔的应用前景。目前,我国已有线路正在采用该技术。

414　地线的综合利用效益也是巨大的,特别是在载

附图　地线开环接线示意

存在一条金属回线(如附图黑粗线示),这无疑对线路零序保护、操作过电压等有重要意义。

曾与某设计单位合作,在实际线路上进行了开环实测,证明开环技术在降低地线损耗方面、换位及分段方法有相同的显著效果。

开环技术的优点还在于不需要很高电压的绝缘子,且绝缘子数量、金具量均有减少。为防护故障电流,绝缘子并联间隙仍然需要,但其放电次数已可大大减少。将所有地线金具与铁塔绝缘,开环技术也可用于通信。

波通信、光纤数字通道方面更有其实用价值。

5　参考文献

1　东北电力设计院.高压送电线路设计手册.吉林人民出版社,19752　[美]J.G.Anderson.超高压输电线路.电力出版社,19793　NouralA.Open2loopTechniqueReduceLoss.Transmission&

Distribution.1986;38(2)

4　BrandaoFariaJ.A..TheEffectofRandomlyEarthedGround

WiresonPLCTransmission.IEEEonPAS.1990;5(4)

4　结束语

411　地线感应电量的计算是绝缘地线应用的基础,

(责任编辑　余　地)

发展经济　电力先行

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