1000kV 特高壓輸電線路交叉跨越檢修接地技術研究

田源 肖琪慧

引言

近年來，隨著工業(yè)化進程的加速和能源需求的持續(xù)增長，特高壓輸電線路作為電力傳輸?shù)闹匾侄?，得到了越來越廣泛的應用。1000kV特高壓輸電線路以其超高電壓等級和長距離傳輸?shù)哪芰Γ陔娏ο到y(tǒng)中具有廣闊的應用前景。然而，在其運行維護中還存在諸多問題亟待解決，其中最主要的是交叉跨越檢修接地問題，它直接影響到線路的安全穩(wěn)定運行。在該情況下，為確保線路安全運行，必須采取有效檢修措施并進行適當接地操作，從而減少或消除交叉跨越區(qū)域內(nèi)設備間發(fā)生故障時產(chǎn)生的干擾電流及對大地造成的電磁危害。

一、1000kV特高壓輸電線路交叉跨越檢修接地技術基本概述

1000kV特高壓輸電線路交叉跨越檢修接地技術是指在特高壓輸電線路與其他設施（如高速公路、鐵路、河流等）交叉或相跨越時，為保證安全而采取的一種特殊防護措施[1]。該方法通過設置絕緣桿和避雷線使相鄰導線間形成電場梯度以降低相間距離來限制故障電流，并保護設備不被損壞，從而提高了對地電壓及工頻過電壓水平，避免了因雷電波侵入引起的二次回路短路事故。此外，在交叉跨越檢修接地中，要選擇適合的接地材料。傳統(tǒng)的接地材料如銅排、銅線等存在接地電阻較大的問題，不能滿足特高壓輸電線路的要求。因此，需要研發(fā)新型的低電阻接地材料，如導電混凝土等，以提高接地效果。在接地線路布置中，根據(jù)線路特點和實際情況，將架空地線作垂直排列或者平行于地面排列，可有效減小桿塔高度。

二、1000kV特高壓輸電線路交叉跨越施工難點

（一）安全風險

特高壓輸電線路具有高電壓和強大的電磁場特性，其桿塔基礎結(jié)構(gòu)型式是影響電磁環(huán)境影響因素中重要參數(shù)之一。交叉跨越施工涉及與高壓線路直接接觸，一旦操作不當或出現(xiàn)設備故障，將產(chǎn)生較大范圍內(nèi)電磁感應過電壓及工頻電場，導致輸變電設備絕緣受損，進而威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。另外，交叉跨越工程大多位于地形復雜地區(qū)，受氣候條件等自然地理環(huán)境影響大，易造成絕緣子串局部閃絡而引起安全事故[2]。

（二）布線設計

1000kV特高壓輸電線路布線設計是交叉跨越施工的關鍵環(huán)節(jié)。由于線路電壓等級高、干擾嚴重，布線設計需綜合考慮線路安全、電磁兼容、施工難度等因素。精確計算和合理設計線路的水平和垂直距離、斷面尺寸、接地方式等方面，以確保施工過程中的最小干擾和線路安全。然而，在實際施工中，經(jīng)常會遇到各種復雜情況，如：導線排列不整齊、架空地線間距過大、鐵塔選型不當以及桿塔傾斜等問題。布線設計未充分考慮該影響，往往造成工程投資浪費或后期運行維護困難。

（三）絕緣封網(wǎng)施工難度大

絕緣封網(wǎng)需進行高空作業(yè)，例如：在高壓輸電線路的桿塔或?qū)Ь€上進行安裝和維修。高空作業(yè)本就具有一定的危險性，加上封網(wǎng)作業(yè)又是一項繁重而復雜的工作，如果多條線路同時停電，很難保證供電可靠性。

三、1000kV特高壓輸電線路交叉跨越檢修接地技術

（一）測量地形復雜區(qū)域

在對地形較為復雜的區(qū)域進行測量時，應對輸電線路交叉跨越處進行準確定位。用濕度計測量其濕度，或用電子測距儀測定其距地高度等數(shù)據(jù)，并計算出相應的導線點高程值。該算法利用了濕靜力平衡原理，通過將傳感器置于被測點附近，以消除由于環(huán)境條件變化引起的測量誤差，采用改進的自適應濾波技術來克服噪聲干擾。使用全站儀，打出跨越部分導線點位置坐標及相關參數(shù)后，可直接得到導線點間相對高差（即跨線偏差），進而得出各節(jié)點之間的垂直角。在虛擬空間中，由已知點可以方便地推算出其他任意兩點或多點之間的垂直角以及它們與各條路徑上各個控制點的垂直角之比，從而實現(xiàn)自動測距功能。

具體而言，應從以下幾點入手：第一，根據(jù)架空電力線路工程特點確定測量范圍，包括路線走向、坡度、坡向及地面凈空情況。第二，選擇合適的測量方法，如雙頻GPS/BDS組合系統(tǒng)，通過比較不同頻率下信號接收時間長短和接收機增益大小，決定選用哪個頻段作為工作天線。同時還應考慮如何提高系統(tǒng)可靠性問題，尤其要注意設備安裝調(diào)試過程中產(chǎn)生誤差的因素及其影響程度。第三，對于同一地區(qū)內(nèi)兩條以上相互獨立的桿塔，應按照各自對應于某一特定方向上的基準站信息，分別建立起與其所在坐標系一致的數(shù)學模型，再應用最小二乘法求解出該桿塔架體水平定向所需的方位角。第四，若存在多個監(jiān)測點且相鄰兩監(jiān)測站點相距較遠時，需借助人工輔助手段進行精確定位，一般可通過“以測定位”法完成。當不存在任何觀測資料時，可用“事后推算法”獲取目標點位高程信息?？傊诰€路跨越解決中必須充分利用地形地物特征，充分考慮其對測量精度的影響。同時也應結(jié)合現(xiàn)有儀器，合理選取測試點及布設方式等，盡量做到全面覆蓋、準確高效。

（二）根據(jù)縱斷面圖紙和跨越測量數(shù)據(jù)建立架線模型

根據(jù)縱斷面圖紙和跨越測量數(shù)據(jù)，可建立1000kV特高壓輸電線路交叉跨越的架線模型，對其進行仿真計算。以導線垂度為約束條件，考慮桿塔基礎埋深、塔基與鐵塔間距、跨距等因素對單跨懸垂式鋼管混凝土桿受力性能的影響，確定各參數(shù)的取值范圍。在此基礎上，確定兩側(cè)支撐點之間的跨越距離、導線高度以及交叉跨越部分的形狀和尺寸，從而構(gòu)建了1000kV交流單回路雙回路輸電線路平行或斜交橫擔-直線鋼桁架組合結(jié)構(gòu)的三維有限元分析模型。

根據(jù)實際情況，選擇適當?shù)臈U塔模型，并按照實際布置情況進行配置。注意考慮桿塔的高度、型號、支撐點位置等參數(shù)，對于1000kV等級交流架空單回及多回線而言，當兩端分別設置中間支撐時，可使兩主副絕緣子串獲得相同水平荷載。當主副絕緣子串中各支腿均采用鋼芯鋁絞線（SCR），并且不改變主副傘裙長度比例時，則能夠滿足工程需要，由于鋼芯鋁絞線具有良好的耐腐蝕性能和機械性能，SCR型絕緣子串更適合于1000kV交流輸電系統(tǒng)中多段分支跨越。為此，應進一步研究基于SCR型絕緣子串聯(lián)的1000kV級交流高壓輸電線路上并聯(lián)支路不同排列方式的應力分布規(guī)律，以指導現(xiàn)場施工[3]。

按照跨越測量數(shù)據(jù)和線路設計規(guī)范，繪制導線在交叉跨越部分的形狀和位置，通過對比分析得出：其一，導線最大張力沿橫擔處呈線性遞減。其二，沿垂直于豎肋方向呈指數(shù)衰減趨勢。其三，導線縱向變形量沿垂直豎排向橫向逐漸增大，而橫向位移隨角度變化較小。因此，在設計中應盡量減小截面寬度，將較大彎曲剛度的導線直接懸掛在兩相鄰橫桿間。同時要合理地選取檔距、掛角以及支架傾角等關鍵技術參數(shù)。對于大跨度雙分裂導線來說，其主要問題是檔距過短引起的扭轉(zhuǎn)效應，其次是受風速風向和氣象條件限制造成的風切變現(xiàn)象。為此，要充分考慮風力作用對導線受力的影響，提高導線抗風性能。

同時，在模型中添加地線和防震錘等附屬設施，從而降低懸垂式絕緣防振桿對周圍電磁場的屏蔽效果，避免產(chǎn)生電磁干擾，確保信號傳輸質(zhì)量。防震錘設置的目的在于防止地震過程中發(fā)生碰撞破壞或其他原因?qū)е滤^斷裂。另外也可以利用防震錘緩沖沖擊能量，減少振動對防震桿與避雷針之間距離的不利影響，保證設備安全運行。最后，根據(jù)建立的架線模型，進行電場、磁場等工程計算和分析，評估交叉跨越的安全性，為實際工程提供理論依據(jù)。

（三）布置絕緣網(wǎng)

在1000kV特高壓輸電線路交叉跨越情況下，為保證人身安全和線路正常運行，需在跨越區(qū)域內(nèi)布置絕緣網(wǎng)。絕緣網(wǎng)是由絕緣子串、導線和地線等組成的，在交叉跨越區(qū)域內(nèi)懸掛或固定在地面上，用于隔離電力設備和設施，并保護電氣設備不受雷電沖擊影響。

絕緣網(wǎng)的布置方法主要有兩種：懸掛式和支撐式。懸掛式絕緣網(wǎng)是通過吊掛絕緣子串將導線和地線固定在空中，可減小對地面的占用，但需要考慮絕緣子串的選型和配置，以及導線和地線的張力問題。支撐式絕緣網(wǎng)是通過支撐桿將絕緣子串、導線和地線固定在地面，無需考慮絕緣子串的選型和導線地線的張力問題，但要占用一定的地面面積。因此，在設計時，一方面為了滿足安全要求，必須選擇合適的絕緣結(jié)構(gòu)。另一方面為了減少占地面積，應合理確定地線長度和數(shù)量，最大限度利用空間[4]。

絕緣子串是絕緣網(wǎng)的主要組成部分，用于隔離導線和地線與支架、桿塔等金屬構(gòu)件的接觸。在選擇絕緣子串時，通常根據(jù)其承受電壓等級（即額定載荷）及耐張強度來確定。對于大跨徑絕緣子串而言，還可采用多分列形式，以提高其耐張應力水平。通常使用的絕緣子串有玻璃鋼、瓷質(zhì)、復合材料等幾種。在配置絕緣子串時，需根據(jù)導線和地線的張力和跨越距離進行計算，從而選取最優(yōu)方案。

導線和地線是絕緣網(wǎng)的另外兩個主要組成部分。在布置導線和地線時，應根據(jù)跨越距離、導線類型、電流負荷等因素進行計算，并結(jié)合所處地形地貌條件及周圍建筑物特點進行分析。由于絕緣網(wǎng)中絕緣子之間存在較大間距，故不能簡單地以導線的高度作為劃分依據(jù)，還應綜合考慮相鄰兩部分間的間隙大小及其分布情況。通常，在跨越區(qū)域內(nèi)采用導線二分法或三分法布置，即將導線分為兩截或三截，通過絕緣子串將其固定在空中，可有效防止相間短路故障發(fā)生。若間隔較小，宜選用懸垂型絕緣導線，將導線分成幾段，分別敷設于兩側(cè)不同位置上，再將各分段的兩端用連接板連接起來構(gòu)成一個整體。而地線通常采用U型或Z型鐵將其固定在地面上，并對每一懸掛點做適當處理，使之成為連續(xù)穩(wěn)定的導體。

（四）跨越檔控制

在跨越檔的策略控制工作中，應充分考慮各種干擾因素對控制系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響的程度和范圍，從而選擇最適宜的控制目標。在跨越物高度確定中，根據(jù)跨越物的高度確定導線和地線的垂直安全距離，使之滿足規(guī)范要求。通過計算分析得出跨距、檔高以及不同坡度下跨地線或線路走廊寬度與最大允許風速之間的關系，為設計提供依據(jù)。選擇合適的絕緣子串配置。導線離地高度應大于跨越物的高度加上垂直安全距離，且小于跨越物上表面到地面的垂直距離。檔高不超過1米時，可適當提高其強度。對于大傾角（60°），小半徑（1m）等情況，建議采用雙芯電抗器加絕緣拉桿的方式來實現(xiàn)串間電壓平衡。

導線的水平安全距離是導線在跨越區(qū)域內(nèi)與跨越物之間的水平距離，在跨越檔控制中，需要根據(jù)導線類型、電壓等級和跨越物的類型、高度等選擇合適的水平安全距離。水平安全距離主要包括：架空輸電導線最低運行維護標準、架空電纜最小架設長度及間距標準、桿塔基礎深度、塔底高程標準值及其他相關參數(shù)。為此，在水平安全距離的設置中要重點考慮上述各項指標是否符合規(guī)程規(guī)定并達到相應標準的限值[4]。

地線的水平和垂直安全距離是由接地電阻所決定的，因此在設定過程中應盡量降低接地裝置阻性電流。為了保證跳閘率合格，還需進一步研究各保護定值的整定原則和方法。結(jié)合工程實例，提出了一種新的綜合判斷跳閘原因的分析方法，它利用故障錄波數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實驗結(jié)果相結(jié)合進行快速判定，能及時發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生前跳閘信號的存在，避免因誤判造成嚴重后果，大大提高工作效率。同時該方法也能減少由于人為操作而引起的錯誤動作，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。此外，跨越檔控制還包括對跨越物的清障和利用，通過在一個或多個可移動的連接到跨越物上的至少兩個傳感器之間發(fā)送測量數(shù)據(jù)來檢測跨越物?；谒鶛z測的跨越物能確定障礙是否已經(jīng)被清除，當跨越物已被清除時將該信息發(fā)送至遠程服務器以便于遠程監(jiān)控并向用戶提供建議[5]。

總的來說，在特高壓輸電線路的交叉跨越區(qū)域內(nèi)，通過跨越檔控制技術可有效地限制線路橫向發(fā)展，使之滿足規(guī)范要求。并對防止鐵塔失穩(wěn)，減小相間短路影響具有積極作用，能顯著改善供電質(zhì)量和可靠性。

結(jié)束語

綜上所述，在1000kV特高壓輸電線路中，交叉跨越檢修接地技術是確保高壓輸電線路安全運行的關鍵技術之一。為解決傳統(tǒng)架線式和架空地線法存在的施工周期長、對地形條件要求高以及無法適應復雜環(huán)境等問題，應采用新型絕緣結(jié)構(gòu)及新材料作為絕緣子串與地之間的連接方式，實現(xiàn)帶電更換故障導線或?qū)⑵漭斔椭翐Q流站。同時，也可以通過安裝復合絕緣子以提高工頻電場分布均勻性和改善局部放電特性，并降低絕緣子表面閃絡電壓，從而有效抑制電暈產(chǎn)生，進而保證輸變電設備可靠穩(wěn)定運行。