输电线路杆塔接地体的电流和能量负荷特性研究

为了保证输电线路杆塔接地体在雷击、短路故障下顺利泄放电流且具有尽可能低的电位抬升,接地体必须具有足够的通流能力、小的接地阻抗和持久的抗腐蚀性。运行中,由于输电线路杆塔接地体截面、通流能量密度选择不合理,导致故障下通流不足熔断等事故,造成严重的系统安全运行事故。通常,对于杆塔接地体的研究主要集中在降低接地电阻方面,对其通流能力的考量较少;其次,不同电压等级线路,线路不同故障位置、不同故障类型等对杆塔接地体的通流要求不同。为了研究不同电压等级输电线路对杆塔接地体的通流要求,首先,调研了不同电压等级输电线路的重要参数,从中选取了输电线路典型参数作为研究对象,利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,搭建了110 kV~1000 kV交流输电系统的仿真模型;其次,选取了输电线路较为常见的雷击以及短路故障作为研究对象,沿输电线路均匀选取11个杆塔作为故障发生点,仿真计算了在输电线路不同杆塔位置处发生接地故障、雷击杆塔时注入接地体的电流和能量负荷特性,获得了故障下不同位置杆塔接地体通流特性的分布。研究结果表明,发生单相接地短路时,流经杆塔接地体的电流及能量随着电压等级、输送能量的升高而增大;雷击变电站出口处杆塔时,注入接地体的电流和能量最小;同一电压等级输电线路,不同位置杆塔发生单相接地故障时,流经杆塔接地体的电流以及能量沿杆塔均呈现∪型分布,流经线路中间位置杆塔接地体的电流及能量最小;雷击不同位置杆塔时,注入杆塔接地体的雷电流绝对值呈现∩型分布,能量呈现∩型分布。由此可知,杆塔短路故障或遭雷击位置不同,注入杆塔接地体的电流和能量差异很大,接地体截面和布置结构应采用差异化设计。研究成果对不同电压等级、不同线路位置杆塔接地体差异化设计提供参考。