直流接地极线路与同塔廊架设交流输电线路相互影响分析

直流接地极线路与同塔廊架设交流输电线路相互影响分析

叶森

（山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013）

摘要：在高压直流输电工程的各个阶段中直流接地极线路是其中最为重要的一项内容，它的主要职责是在单极与双级返回运行方式中承担着电流输送与控制电流大小的作用。通常情况下为了最大限度节约线路，直流接地极线路会与站外交流电源线路使用同一个塔进行架设，原因在于这两种类型的架设方式有着相类似的地方即它们都存在交流线路与直流接地极线路相互作用的过程。在直流系统中接地极的安全稳定运行起着至关重要的影响力，因此，现对直流接地极线路与同塔廊架设交流输电线路相互影响进行了分析。

关键词：直流接地极线路；同塔廊架设交流输电线路；相互影响

纵观当前我国各大输电线路我们发现其多采用的是交流输电模式。与交流输电相比较而言，直流输电线路具有如下优势：一是成本低，输电能耗低；二是杆塔结构较为简单；三是运行较为便捷，不受外界系统的干扰，所以它既可实现不同频率交流系统之间的联系，还可实现不同频率之间的同步运行。近些年来随着经济发展速度的日益加快，输电走廊用地规模也在不断扩大，为了有效缓解这一现象，我们发现在设计时很多接地极线路选用的是与交流站外电源线路同塔共架的方法。本文通过对直流接地极线路与110kV交流线路同塔共架中所遇到的相关问题深入分析与探究后，得出严重工况下的最大感应电动势，从而对交流线路与直流接地极线路的安全稳定运行提供准确的评估报告，以供同行借鉴。

1工程概况

在某输电线路工程中，高压直流输电达到±800kV，在该输电线路的架设方式主要采取的是与110kV交流站外电源线路共用一个电线杆的模式，其余部分则主要是与330kV交流站外电源线路同走廊架设方式进行接地极线路的连接。在调查中我们发现处于同一走廊的交流站之间的距离为7km左右，330kV与接地极线路之间的距离为50m。但不管采取哪种架设方式，在实际运行中都存在一个共同的问题即交流线路与直流接地极线路之间有着一定的相互作用，因此对其进行分析与研究至关重要。

2直流接地极线路与不同kV同塔廊架设交流输电线路相互影响分析

2.1直流接地极线路与330kV交流线路同走廊架设的相互影响

330kV交流线路对直流接地极线路的影响因素主要从以下两方面加以说明：(1)330kV交流电压在直流接地极线路上运行时会产生一定的感应电压，因为接地极线路的尾部与接地极电阻相连接，从而使得感应电压所产生的电荷经地级线电阻会完全释放出来，所以330kV交流电压所产生的感应电压对实际运行不会造成任何影响。(2)330kV交流线路的电流会在直流接地极线路上产生一定大小的感应电动势，若感应电动势超过线路的实际荷载力，则会对电流系统造成严重的影响。感应电动势的大小受两方面因素的影响：一是同走廊架设的长度；二是电流幅值。在仿真计算中同走廊架设线路的长度大约为17km，电流幅值则取额定工作电流690A。在这里要注意的是330kV交流线路在直流接地极线路上产生的最高感应电动势应小于18kV，而且要处于两相短路时的暂态阶段为宜。

2.2直流接地极线路与110kV交流线路同走廊架设的相互影响

2.2.1110kV交流线路对直流接地极线路的影响:(1)定性分析：通过深入分析我们可得知110kV交流线路对直流接地极线路的影响主要可从两方面进行说明：(1)110kV交流电压在直流接地极线路上会产生一定的感应电压。因为接地极线路的最末端与接地极电阻相连接，这样会产生一定的感应电压，感应电压自身会产生一定的电荷，电荷的流动主要借助地级线电阻得以流动，但由于所产生的电荷较小影响程度可忽略不计。(2)110kV交流线路的电流会在直流接地极线路上产生一定的感应电动势，当所产生的感应电动势超过其承载能力时则会对直流系统的正常运行造成一定的干扰。(2)定量计算条件：感应电动势的大小受到各方面因素的影响像同杆架设的长短、电流的大小以及频率的快慢等。在进行定量计算中同塔共架线路的长度选取的是26.3km，电流幅值要将额定电流的实际值以及短路电流考虑其中。(3)直线塔定量计算结果:若AC段正常运转，则在DC接地极电路上会产生最大感应电动势，从换流站到接地极沿线的感应电动势是存在一定差异的，其中位于塔段处的感应电动势值最大，而且可达到138V，据分析此区段不会影响±800kV系统正常运转。若AC段发生短路现象时则换流站到接地极沿线个点的感应电动势值也是不尽相同的，其中同塔段的感应电动势值最大，可达到1168V，此区域的感应电动势值也不会对±800kV系统的正常运行造成一定的干扰。此外，在调查中我们还发现不管是哪种情况在感应电动势的最大值区域两根接地极线路上的感应电动势值也是有差异的，造成这种现象的主要原因是空间位置的差异性所引起的。(4)耐张塔定量计算结果:通过计算我们得知感应电动势的最大值为0.19kV，远远大于直线塔区域处的感应电动势，造成这种现象的主要原因是AC线路与DC接地极线路之间的距离比直线塔小，因此相应地其感应电动势大，但究其根本它对±800kV系统的正常运行也不会造成任何干扰。当AC两相发生短路现象时，在DC接地极线路上会产生出最大感应电动势，造成这种现象的原因与上述相类似，同样的其也不会影响±800kV系统的正常运行。(5)定量计算结果分析：通过定量分析可得知110kV交流线路在直流接地极线路上会产生很小的感应电动势，而且最高值不超过2kV。

2.2.2直流接地极线路对110kV交流线路的影响:通过对直流接地极线路进行分析我们可知在系统正常运转过程中均使用的是直流电压，而且在110kV交流线路上不会出现相应的感应电动势值，此外静电感应电压由于数值较小，因而在计算中可忽略。在计算直流接地极线路对110kV交流系统的影响程度时我们只需对直流系统发生暂态的整个阶段进行综合权衡即可。对该±800kV直流系统暂态工况进行仿真计算时，运行模式主要根据单回大地运行模式进行分析，在进行直流系统暂态工况分析时需将系统在运行中极可能出现的相关因素考虑其中。在进行仿真计算过程中，直接接地极线路上的暂态电流一方面可借助仿真计算结果外，另一方面还需将暂态电流幅值以及频率大小考虑其中。直流接地极线路在110kV交流系统上产生的感应电动势在变压器的中心点部位会形成最大峰值，可达到41kV。而110kV交流设备所能承受的最高电压为80kV。从中我们也能得知直流接地极线路在110kV交流系统上产生的感应电动势远远低于110kV交流设备的绝缘水平，因此其不会影响110kV交流系统的安全运行。在调查中我们还发现我国已有110kV交流输电线路采取的是同塔共架模式运行，经过长期的观察，未发现有异常情况发生，运行状况良好。

3交流输电线路换位

交流输电线路若进行长距离输电时会使得三相参数变得不协调，三相参数的不协调则会使得电流出现异常现象，最终使得杆塔间出现电磁耦合现象。特别是交直流线路同塔架设时，交流线路的异变导致参数的不协调，造成所输出的电流出现偏差，影响实际电压水平。因此在将交直流线路进行同塔架设过程中应综合权衡交流线路的换位情况。在进行交流输电线路输电过程中，所引发的不对称电流与实际电流之间有着很大的差距，进行换位可有效缓解不平衡参数这一现状，但美中不足的是这种方式实施起来较为繁杂，而且所需要的材料较多，需要施工人员具备扎实的专业知识与技能。随着科学技术的不断发展，在输电线路中所使用的技术也在不断提升，输电线路电压等级也较之前有了明显的改进，高压线路因为换位工作较为繁琐，500kV以上的高压输电线路智能选择不换位的架设方式进行施工，但与此同时也要面对不换位架设所带来的三相参数不协调这一难题。交直流线路在进行同塔架设时线路间的电磁耦合与电磁感应现象较为突出，若不采取换位方式进行改进，所引发的不对称电流会影响系统的正常运转。因此作为施工管理者，在进行同塔搭设中应仔细权衡，认真分析后再确定交流线路是否需要换位。

4结论

(1)当直流接地极线路与110kV交流线路同杆共架布设时，我们发现110kV交流线路在直流接地极线路上会产生较小的感应电动势，因此该交流线路不会影响直流系统的正常运行。直流接地极线路在110kV交流系统上产生的感应电动势远远低于110kV交流设备的绝缘水平，因此其不会影响110kV交流系统的安全运行。在调查中我们还发现我国已有110kV交流输电线路采取的是同塔共架模式运行，经过长期的观察，未发现有异常情况发生，运行状况良好。(2)直流接地极线路与330kV交流线路同走廊架设时，330kV交流线路在直流接地极线路上产生的最高感应电动势应小于18kV，而且要处于两相短路时的暂态阶段为宜，这样才能使直流接地极线路得以安全、稳定的运行。

参考文献

[1]葛栋.灵州—绍兴&800kV特高压直流输电线路工程,第五卷专题研究报告,第八册防雷接地设计研究[R].北京:中国电力科学研究院,2013．

[2]肖遥,牛保红,尚春,等.一种快速切除HVDC输电系统接地极线路接地故障的方案[J].电力系统自动化,2014,33(18):107-109．

[3]吴桂芳,袁春峰,陆家榆,等.特高压直流线路与交流线路同走廊时的混合电磁环境的计算[J].电网技术，2010,34(2):111-114.

[4]马文超,吴新桥,廖民传．HVDC500kV同塔双回线路的导线排列[J].广东输电与变电技术,2011,13(1):32-34．