錢耀東+楊季

摘 要：本文分析了地線損耗研究現(xiàn)狀和地線損耗計(jì)算方法，為了突出實(shí)驗(yàn)結(jié)果以額定電壓為1000KV的特高壓交流輸電路為例進(jìn)行試驗(yàn)，旨在研究導(dǎo)線不同相序和不同換位方式對(duì)地線電能損耗的影響，為石油化工企業(yè)的化工儀表等耗電設(shè)備降低地線損耗提供有效參考。

關(guān)鍵詞：地線損耗；相序；換位；導(dǎo)線

地線又稱避雷線，是用來將電流引入大地的導(dǎo)線。地線損耗通常是指在交流輸電線路中因相線和地線的磁耦合造成的地線損耗，雖然有研究得出逆向序排列導(dǎo)線會(huì)降低地線損耗，但是并沒有研究證明導(dǎo)線不同排列的相序和換位會(huì)對(duì)地線損耗產(chǎn)生不同的影響[1]。

1 地線損耗研究現(xiàn)狀

我國近年的高壓交流輸電廣泛采用光纖復(fù)合架空地線與普通地線相配合的地線系統(tǒng)，這個(gè)地線系統(tǒng)采用逐搭接地以及全線貫通連接的技術(shù)，目的是為了滿足線路防雷和線路通訊的要求。在實(shí)際的高壓交流輸電線路中，相電流與地線發(fā)生磁耦合在地線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在地線與大地構(gòu)建的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生的感應(yīng)電流在經(jīng)過電路和鐵塔時(shí)會(huì)造成地線電能損耗。隨著我國石油化工企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和所需電壓等級(jí)的提升，特別是近年出現(xiàn)的特高壓，使石油化工企業(yè)再也不能忽視電能損耗。社會(huì)上不斷有相關(guān)專家投入此電能損耗的研究，經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究，通過地線的接線方式降低地線損耗的辦法越來越受研究者關(guān)注。研究至如今，專家們提出的降低地線損耗的措施主要有地線分段絕緣、地線換位、電線開環(huán)和單點(diǎn)接地。其中運(yùn)用最廣泛的措施是普通接地線分段絕緣措施或者逐搭接地措施，但是這種措施容易導(dǎo)致光纜遭受雷擊，使電纜斷股損壞。因?yàn)殡娎|與光纖具有連續(xù)性的特點(diǎn)在運(yùn)用地線分段絕緣措施降低地線損耗時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行接續(xù)盒和絕緣保護(hù)間隙的特殊處理，這種特殊處理不但會(huì)提高沿線的感應(yīng)電位還會(huì)增加石油企業(yè)化工儀表電網(wǎng)工程造價(jià)和電網(wǎng)維修難度，因此分段絕緣措施也不理想。結(jié)合電纜和光纖連續(xù)的特性和新地線接地方式等因素，研究者提出了電纜和普通地線采用地線換位、單點(diǎn)接地電線開環(huán)等多種措施巧妙結(jié)合的新方式降低地線損耗，但是這種新方式是在導(dǎo)線逆相序排列的條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究得出的，沒有考慮導(dǎo)線換位和正相序等其它相序?qū)Φ鼐€損耗的影響。[2]

2 地線損耗計(jì)算方法

2.1 地線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算方法

交流雙向輸電線路中相導(dǎo)線相序?yàn)槟嫦蛐颍嚯娏髟诘鼐€中產(chǎn)生工頻變化的電磁場(chǎng)，通過磁耦合作用產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，繼而和地線與大地構(gòu)成的回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流經(jīng)過電網(wǎng)產(chǎn)生地線電能損耗。下圖1是交流雙向輸電線路相線和地線的排布示意圖：

忽略導(dǎo)線之間的互電容，磁耦合用互阻抗表示，編號(hào)7、8的地線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別用E7、E8表示，編號(hào)1-6的相電流用In表示，標(biāo)號(hào)導(dǎo)線與地線間的互阻抗用Z（n，7）Z（n，8）表示。如此，圖中兩條地線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式[3]為：

1.2 地線損耗計(jì)算方法

通過地線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式得出E7、E8后，根據(jù)物理的電路分析方法計(jì)算地線的感應(yīng)電流，根據(jù)感應(yīng)電流計(jì)算地線的電能損耗。下圖2為地線正常運(yùn)行下建立的逐級(jí)模型。

這個(gè)模型的建立，綜合考慮了地線的各種情況。每條地線都可與大地、水平電氣絕緣，并分別設(shè)置開關(guān)，用不同電阻模擬圖2中電路可得出電路計(jì)算模型。根據(jù)回路電流分析可列出每條地線的回路電流方程，根據(jù)方程求解可得出地線損耗電功率△P公式[5]：

3 實(shí)例分析

石油化工企業(yè)一般采用耐高溫的交聯(lián)電纜，比較適用于35KV以下的額定電壓，其中化工儀表系統(tǒng)一般選用控制電纜，適用于750V以下的額定電壓，儀表電壓比較低不適合實(shí)驗(yàn)，35KV高壓雖然適合但實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯，為了突出不同相序和不同換位方式對(duì)地線損耗的影響，本文以額定電流為1000KV的特高壓為例，旨在研究導(dǎo)線不同相序和不同換位方式對(duì)地線電能損耗的影響，為石油化工企業(yè)的化工儀表等耗電設(shè)備降低地線損耗提供有效參考。

3.1 實(shí)例計(jì)算條件

下圖3是20KV高壓交流輸電路中的普通地線與電纜的排布情況，其中線路中導(dǎo)線的最低弧垂高度為26m，此接地線路系統(tǒng)運(yùn)行條件是單回輸送功率為6500MW，土壤電阻率是500Ω·m，電網(wǎng)的等效接地電阻是10Ω，功率因數(shù)是0.95，高壓交流輸電路的線路總長(zhǎng)度為300Km，總共有600檔地線，地線型號(hào)是JLB20A -240，且每檔地線長(zhǎng)度均為500m，相導(dǎo)線的型號(hào)是8 × LGJ -630 /45，相導(dǎo)線的分裂間距是400mm，光纜的型號(hào)是OPGW - 240。

3.2 導(dǎo)線不同相序?qū)Φ鼐€損耗的影響

為研究導(dǎo)線不同相序?qū)Φ鼐€感應(yīng)感動(dòng)勢(shì)的影響，本實(shí)例采取正序、逆序和異序三種同塔雙回交流輸電線路中常見序列進(jìn)行分析研究。下表1是不同相序排列下地線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化情況，由表1可知同種相序下普通地線的幅值差和相位差相近。但是不同相序排列下的普通地線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無論是幅值差還是相位差都有很大差異，且正序下的地線幅值差最大，沒有相位差，逆序相序下的地線幅值差最小，相位差最大，異序處于兩者之間。由此可知同一種地線系統(tǒng)中導(dǎo)線逆序排列對(duì)地線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響最小，異序排列次之，正序排列最大。由導(dǎo)線不同相序?qū)Φ鼐€感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響可推斷出其對(duì)導(dǎo)線損耗的影響，其影響是逆序?qū)Φ鼐€損耗最小，異序次之，正序最大。

3.3 換位方式對(duì)地線損耗的影響

電氣不平衡度研究表明超過一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線一般應(yīng)將其合理換位，使導(dǎo)線首端與導(dǎo)線末端的相序相同，且每種導(dǎo)線的相序排列長(zhǎng)度各占交流輸電線路長(zhǎng)度的三分之一，這種情況下的換位稱為一個(gè)全換位。同塔雙回交流輸電線路中兩種導(dǎo)線的換位方式分別采用同向位和反向位全換位，其中同向位全換位的排列相序采用逆序和兩種不同的逆序，反向全換位采用三種逆序。對(duì)電路采用三種接地方式，方式一是光纜和普通地線分段絕緣接地，方式2是單點(diǎn)接地和分段絕緣結(jié)合接地，方式3是單點(diǎn)接地結(jié)合兩條地線每隔5Km換位一次接地。下表2是不同換位方式下三種接地中地線損耗比較：

由表2可知同向換位下三種接地方式的光纜損耗、地線損耗、鐵塔損耗和總損耗皆比反向換位大，在方式1中同向換位的地線損耗比反向換位大16.9MW，由此可推出反向換位比同向換位的效果好。三種接地方式，方式1和方式2無論是反向全換位還是同向全換位降低地線的損耗效果都比較顯著，而方式3只有在反向全換位下效果才比較顯著，同向不明顯。[5]

4 結(jié)束語

研究者結(jié)合光纜的連續(xù)性特性對(duì)降低地線損耗進(jìn)行研究得出了電纜和普通地線采用地線換位、單點(diǎn)接地電線開環(huán)等多種措施巧妙結(jié)合的新方式，但是這種新方式是在導(dǎo)線逆相序排列的條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究得出的，沒有考慮導(dǎo)線換位和正相序等其它相序?qū)Φ鼐€損耗的影響。本文以額定電壓為1000KV的特高壓交流輸電路為例進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出同一種地線系統(tǒng)中導(dǎo)線逆序排列對(duì)地線的損耗最小，異序排列次之，正序排列最大，反向全換位比同向權(quán)換位降低地線損耗的效果好。

參考文獻(xiàn)

[1]張勇，郎需軍，楊博. 1 000 kV 特高壓輸電線路導(dǎo)線排列方式和換位對(duì)地線能耗的影響[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011 （4）：22-27.

[2] 彭向陽，劉毅剛，張穂強(qiáng).OPGW 光纖復(fù)合架空地線異常發(fā)熱現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量分析及仿真[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（2）：206-211.

[3]蔣陶寧，徐亮，卞鵬.導(dǎo)線相序及換位方式對(duì)地線損耗的影響[J].電力建設(shè)， 2011， 32（11）： 16-20.

[4]趙丹丹，韓政，郭潔. 750 kV架空地線接地方式及損耗研究[J].高壓電路，2013（2）：65-69.

[5] 彭向陽，王銳，毛先胤，王宇，王建國. 輸電線路架空地線電能損耗特性測(cè)量及仿真[J].廣東電力，2016（3）：121-125.

作者簡(jiǎn)介

錢耀東，本科，工程師，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：化工儀表電路。

楊季，本科，工程師，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，研究方向：化工儀表電路。