500kV架空线路OPGW分段绝缘运行方式研究

500kV架空线路OPGW分段绝缘运行方式研究

陈文广

四川电力设计咨询有限责任公司       四川 成都 610095

摘　要：500kV架空线路正常运行时，会在OPGW（光纤复合架空地线）上产生静电和磁场感应，如果OPGW运行方式不当，将产生较大的功率损耗和电能损失。本文通过EMTP软件对OPGW的功率损耗和全寿命周期的电能损失费用进行仿真计算，提出了OPGW分段绝缘、一点接地的节能运行方式。相比于OPGW逐塔接地，分段绝缘、一点接地的运行方式从根本上解决了OPGW节能和防雷的问题，经济效益明显。

关键词：OPGW；分段绝缘；感应电流；电能损失

0 前言

在500kV架空线路正常运行时，导线通过电磁场会与地线产生静电耦合和电磁感应，在地线上感生出沿线分布的纵向感应电动势。如果地线逐塔接地，两根地线之间会产生线间环流，同时每根地线又分别以大地为回路，形成感应电流回路。这两种电流大大增加了500kV线路的电能损耗。

对于普通地线，为了降低功率损耗，地线一般设计成分段绝缘、一点接地的方式，断开了地线与大地之间、两根地线之间的电流通路，从而达到降低地线电能损耗的目的。但由于OPGW中间的通信光纤不能断开，因此目前基本采用逐塔接地的运行方式。这使得OPGW与大地之间构成环路，流过较大的感应电流，产生电能损耗，损耗值与线路负荷电流的平方和线路长度成正比。由于500kV线路输送容量大、输电距离长，地线损耗所占的比例较大，因此OPGW的运行方式有待改进。

另一方面，在现行常规的地线运行方式（OPGW逐塔接地，普通地线分段绝缘、单点接地）下， OPGW全线与每基塔形成电气通路并直接接地，而普通地线的接地点要少得多，且通常同一线路中普通地线的单位长度电阻总是大于OPGW，使得OPGW的接地通道电阻比普通地线的小，导致OPGW更容易遭雷击，容易引发OPGW断股、光纤熔断等故障。因此，OPGW的运行方式改进需兼顾提高其运行安全性。

1  OPGW运行方式优化

目前我国500kV架空线路均架设两根地线。假设两根地线中一根为普通地线，另一根为OPGW。

为降低OPGW的功率损耗，可参考普通地线的运行方式，考虑采用特殊的光电分离接头盒将OPGW分段绝缘、一点接地，从而断开感应电流的流通路径。

1.1 OPGW逐塔接地

OPGW逐塔接地的运行方式在国内500kV架空线路上应用广泛。OPGW与每基铁塔均保持良好接触，并通过铁塔接地。

在这种运行方式下， OPGW和每基塔上均流过较大的感应电流。且该方式OPGW接地点远多于普通地线，OPGW的接地通道电阻比普通地线的小，导致OPGW更容易遭雷击，不利于保护OPGW。

1.2 OPGW分段绝缘一点接地

按OPGW接地点位置不同，OPGW分段绝缘一点接地可分为三种子方式，分别为每盘OPGW末端一点接地、OPGW在两盘接续的耐张塔上中间一点接地、OPGW在每盘中央的直线塔上中间一点接地。为便于施工和运维，推荐采用与普通地线接地方式一致的第一种方式，即每盘OPGW末端一点接地。

在这种运行方式下，普通地线与大地之间、OPGW与大地之间及普通地线与OPGW之间均不构成回路，两侧地线上基本都不流过感应电流，因此两侧地线上基本没有功率损耗。但在正常运行方式下，普通地线与OPGW上均存在较大的电磁感应电压，且离接地点越远，感应电压越大。由于OPGW盘长一般比耐张段长，因此OPGW上的感应电压要高于普通地线的感应电压，如果运检人员需上塔维护OPGW，需将OPGW临时接地，做好安全防护措施。

由于OPGW的接地点比对侧的普通地线的接地点少，OPGW的接地通道电阻较大，因此普通地线更容易引雷泄流，有利于保护OPGW。

2  仿真分析

为了对比分析OPGW逐塔接地、分段绝缘一点接地的的电能损耗和全寿命周期成本，本文以一条路径长20km的同塔双回500kV线路为例，采用EMTP软件对OPGW在两种运行方式下的感应电流和功率损耗进行仿真计算。

2.1 OPGW逐塔接地计算

根据仿真计算结果，杆塔接地电阻中流过的电流规律为线路两头大、中间小的趋势。而OPGW上流过的环流为线路中间部分最大，且基本上达到稳定值。

2.2 OPGW分段绝缘一点接地计算

由于普通地线和OPGW都是分段绝缘的，感应电流没有流通路径，因此普通地线和OPGW中感应电流均很小，基本可以忽略不计。此外，由于地线与铁塔之间不构成回路，通过铁塔泄入大地的电流也可以忽略不计。

全线OPGW感应电压分布呈锯齿波的形状。在每盘OPGW首端，OPGW电位为杆塔接地电阻上的电位，由于接地电流很小，该电位也很低，设每一档OPGW上的感应电压为E1，到OPGW末端时电位累计为n* E1，成线性增长。在OPGW接续的杆塔前侧，由于OPGW通过杆塔直接接地，因此电位直接降为接地电阻上的电位。

本算例4km盘长的OPGW末端正常感应电压约370V，该感应电压分布是选择光电分离接头盒绝缘水平的重要依据。

2.3 功率和电能损耗

OPGW的功率和电能损耗可分为两部分： OPGW环流在OPGW中发热造成的电能损耗、杆塔接地电流在杆塔接地电阻中发热造成的电能损耗。详见表1。

表1  功率损耗比较

注：假设不对称换位时OPGW盘长相差800m，下同。

假定该线路的年损耗小时数为3500h，上网电价为0.35元/度，线路设计寿命为30年，对全寿命周期内的功率损耗和电能损耗费用进行对比，详见表2。

表2  百公里电能损耗及费用比较

可见，OPGW分段绝缘、一点接地断开了感应电流的流通路径，电能损耗降为零，从根本上解决了OPGW节能运行的问题。

但是，光电分离接头盒较贵，且OPGW绝缘子、绝缘引下线夹等材料都会增加工程投资。若考虑通过节省的电能损失费用来抵消增加的设备材料费，采用OPGW分段绝缘虽然每百公里初始投资增加40.8万元，但节省的电能损失1.3年就能收回成本（详见表3。），该节能运行方式经济效益明显。

表3  百公里电能损失费用与初始投资比较

3  结论

本文采用EMTP软件对OPGW的感应电流、感应电压、功率和电能损耗进行仿真分析，得到以下结论：

（1）500kV架空线路的OPGW常规采用逐塔接地的运行方式，由于OPGW中流过较大的环流、每基杆塔还流过接地电流，损耗较大。为节省电能损耗，本文提出了OPGW分段绝缘、一点接地的优化运行方式。

（2）针对本文的仿真模型，OPGW逐塔接地的百公里功率损耗为256.2kW，全寿命周期百公里损失电费高达941.5万元，而采用分段绝缘、一点接地方式断开了感应电流的流通路径，电能损耗降为零，从根本上解决了OPGW节能运行的问题。

（3）分段绝缘、一点接地的运行方式中OPGW的接地点比对侧的普通地线的接地点少，OPGW的接地通道电阻较大，因此普通地线更容易引雷泄流，有利于保护OPGW。

（4）分段绝缘、一点接地的运行方式初始投资有所增加，但节省的电能损失费用通过1.3年就能抵消增加的初始投资，经济效益明显。

参考文献:

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