2009特高压输电技术国际会议论文集 1
特高压线路地线和快速接地开关
对潜供电流的影响分析
李振强，谷定燮，周沛洪，戴敏，娄颍
（国网电力科学研究院，湖北省 武汉市 430074）
摘要：地线的布置方式不同，对线路潜供电流大小的影响不同。特高压输电线路的输送功率大，导地线之间的电磁耦合作用较强，在地线上的感应电压电流较大。结合潜供电流的产生机理，理论分析并利用EMTP软件对特高压同塔双回线路在三种地线布置方式下的潜供电流进行仿真计算，结果表明三者的潜供电流差异不大。因此，在进行仿真时，可选择易于建模的地线布置方式。快速接地开关（HSGS）限制潜供电流和恢复电压时，有其独特之处。论文对HSGS限制特高压线路潜供电流和恢复电压的特性进行了详细的研究和分析，仿真中考虑了线路长度、换位、故障点电弧电阻及线路输送潮流等多种因素的影响。基于HSGS的特点，提出了它的适用范围。
关键词：特高压；架空地线；感应电压；感应电流；潜供电流；HSGS；EMTP
0 引言
架空地线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，它可通过对导线的耦合减小线路绝缘上的电压、通过对导线的屏蔽减低导线上的感应电压等[1,2]，有时为减小输电线路上的感应电压,还在输电线路下方架设地线[3]，另外，架空地线除了防雷这个重要功能以外，还能减低工频过电压[4]、减小输电线路的潜供电流[5]，这对于特高压输电线路来说无疑是一个有利因素。
目前，我国超高压输电线路中架空地线有逐塔接地、分段接地、换位后接地和经地线滤波器排流圈接地等多种运行方式[6,7]。
地线的悬挂方式对线路潜供电流的大小具有一定的影响，在进行仿真计算时，为了便于建模，模型中的地线与实际接线常常不同。因此，有必要研究不同地线悬挂方式对潜供电流的影响程度，以确保仿真的真实性和正确性。
特高压线路的潜供电流是一个关键的问题。潜供电流和电弧熄灭后弧道两端的恢复电压的幅值是潜供电弧熄灭的决定因素[8-10],因此，从提高系统的稳定性和供电可靠性的角度来说潜供电流越小
越好。我国500 kV线路上采用高抗中性点小电抗来限制潜供电流和恢复电压的方法已有丰富的经验，我国特高压线路上仍然可采用此方法。但如果特高压线路不换位，或者换位不完全，小电抗的补偿作用就会减弱，潜供电流会增大。另外，如果线路较短，线路没有装设高抗，在此情况下若潜供电流和恢复电压过大则需要考虑其它的措施。日本的特高压系统及韩国750 kV线路上采用了快速接地开关(HSGS)来抑制潜供电流和恢复电压[11]。我国幅员辽阔、地形复杂，特高压输电线路长度、换位等情况不一，HSGS是否适合多种线路值得进一步探讨。
本文利用电磁暂态仿真软件EMTP，针对特高压同塔双回输电线路架空地线不同的接线方式对潜供电流的影响进行计算分析。研究HSGS在不同线路长度、换位、电弧电阻的情况下限制潜供电流和恢复电压的作用。
1 架空地线感应电量及其对潜供电流的
影响
超高压、特高压的架空地线通常一根为普通地线，另一根为OPGW。地线悬挂方式常采用3种：1）普通地线和OPGW均逐塔接地；2）普通地线分段绝缘，OPGW逐塔接地；3）普通地线和OPGW均分段绝缘，一点接地。本文以这3种地线悬挂方式为例研究它们对输电线路潜供电流的影响。 1.1 架空地线上的感应电量分析
架空地线与输电线路之间存在电磁耦合和静电耦合。在正常情况下三相导线上的负荷电流一般是不完全平衡的，且地线至各相导线的距离一般是不相等的，通过互电容、互电感它们在地线上感应2种电量：电磁感应分量和静电感应分量。
如果地线分段绝缘，即一端接地另一端对地绝缘，则地线上的感应电量为电磁感应电压和电容耦合电流。由于静电感应电流为电容性耦合电流，其
2 特高压线路地线和快速接地开关对潜供电流的影响分析
值很小，一般可忽略。因此，主要是电磁感应电压，地线绝缘端的电磁感应电压最大，其值可由下式得到：
Um=ωlL(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIIAIIIA+MIBIIB+ MICIIC+M2I2) (1)
式中：lL为该段地线长度，MI、MII为输电线路对该地线的耦合电感，M2为另一地线对该地线的耦合 电感。
如果地线逐塔接地，则地线上的感应电量主要为电磁感应电流IL，其值可由下式得到：
IL=(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIIAIIIA+MIBIIB+ MICIIC+M2I2)/L (2)
式中：IL为该段地线电流，L为该段地线的电感。
由式(1)~(2)可知，架空地线的电磁感应电压和电流与输电线路的负荷电流及其与导地线的耦合电感有关。
特高压输电线路的输送功率较500 kV线路大大提高，线路负荷电流明显增大；导地线之间的电磁耦合作用较强。特高压线路的这些特点都会导致地线上的感应电压电流增大。
1.2 地线感应电量对潜供电流的影响
当线路发生单相接地故障时，故障相两侧断路器断开,健全相仍联接于电源继续运行。健全相线路的工作电压、架空地线上的感应电压和线路负载电流、架空地线上的感应电流通过相间互电容和互感对被切除的故障相产生静电感应和电磁感应，使故障相仍能维持一定的接地电流，该电流即为潜供电流[12]，如图1所示。
图1 地线对潜供电流的影响示意图
潜供电流由静电感应电流Ij和电磁感应电流Ih组成，其中静电感应分量占较大比重[13-14]。由健全相通过相间电容供给故障点的那部分接地电流称为潜供电流的静电感应分量；由健全相负载电流经互感在故障相线路上感应出来的电势Eg以故障相导线对地电容为回路，供给部分接地电流，这部分电流是潜供电流的电磁感应分量，由于电磁感应电势Eg在线路中部为0，沿线路两端逐渐增大，且符
号相反，因此电磁感应电流Ih在线路中部为0，在线路两端数值最大。
若长度为l的同塔双回输电线路，其I回线A相单相接地，该相线路两端断路器跳开，根据潜供电流的定义，其静电感应电流Ij、最大电磁感应电势Egm及最大电磁感应电流Ihm数值可分别由式(3)~(5)计算得到：
Ij=jωl(CIBUIB+CICUIC+CIIAUIIA
+CIIBUIIB+CIICUIIC+C1U1+C2U2) (3) Egm=jωl(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIBIIB+MICIIC+M1I1+M2I2)/2 (4)
Ihm=2Egm/(jωLl+1/jωC0l)=ωl(MIBIIB+MICIIC+MIIAIIIA
+MIIBIIIB+MIICIIIC+M1I1+M2I2)/(ωLl-1/ωC0l) (5) 式中：C1、C2为两地线对故障相的耦合电容，CI、CII为线路健全相对故障相的耦合电容，M1、M2为两地线对故障相的耦合电感，MI、MII为线路健全相对故障相的耦合电感。
因此，线路最大的潜供电流Im=Ij+Ihm。 由式(3)、(5)并结合2.1节可知，由于架空地线上有感应的电压电流，其通过对故障相的耦合电容电感影响潜供电流的大小。地线悬挂方式不同，其感应电压电流值不同，且互电容、互电感不等，对故障相的耦合作用不一样，因此，对潜供电流的影响亦不相同。由于潜供电流的静电分量占主要部分，因此，两根绝缘地线均分段绝缘的方式对潜供电流的影响最大，两根绝缘地线均逐塔接地的方式影响最小。但是，与输电线路的电压电流相比，地线的感应电压电流数值甚小，总体上地线对潜供电流的影响不会太大。
在式(3)、(5)中没有计及潜供电弧的电阻值，弧道电阻Rd是非线性的，
但计算中常作线性处理。有关文献中Rd=1050li/I，
但有些其它文献中Rd值各有不同，有的取300Ω，有的取0~100Ω[15]。总的来说，Rd值不是特别大，这样一个阻值在一定范围内对潜供电流的影响不大[16]。
1.3 仿真计算结果
模型中的线路为同塔双回，最高运行电压1100 kV，导线型号8×LGJ−630/45，普通地线型号LBGJ−150020AC和OPGW−175,土壤电阻率为 260 Ω⋅m，塔型为伞形，档距450 m，导线和地线排列方式如图2所示(图中尺寸量纲为米)。线路长322 km，全线三段换位。3种地线悬挂方式下潜供
2009特高压输电技术国际会议论文集 3
电流的值如表1所示。
图2 导线和地线排列方式
表1 架空地线在3种悬挂方式下，潜供电流的比较
地线悬挂 方式
潜供电流/A
差值/% (以方式2)为基准)
高抗补偿度 中性点小电抗1） 11.50 -3.5 81.9%
850Ω
2） 11.92
0 3） 12.55
5.3
分析表1结果可知：两地线逐塔接地的潜供电流最小，两地线均分段接地的潜供电流最大，一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流介于两者之间，与理论分析相符合。其中两根地线逐塔接地和一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流相比较，相差约3.5％。
采用一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地方式，在线路发生接地故障时，分段接地地线的部分间隙要击穿，其潜供电流与两地线逐塔接地的差异还要减小。因此，在仿真建模时可选择易于建模的地线布置方式。
2 HSGS 的适用性分析
快速接地开关（HSGS）示意图如图3所示。其操作过程是：线路正常运行时，HSGS是处于开路状态。线路发生单相接地后，线路故障相两侧断路器开断。此时，故障点有潜供电流流过。在确认两侧断路器开断之后，故障相两侧的HSGS闭合，此时，潜供电流转移至HSGS，与故障点构成分流支路，减小了流经短路点的潜供电流，从而使故障点潜供电弧熄灭，然后故障相HSGS开断。HSGS要求和每相断路器一起控制和自动操作，其熄灭潜供电弧的实质是将故障点的开放性电弧转化为开关内压缩性电弧，将接地点的潜供电流转移到电阻很小的两侧闭合的接地开关上，等故障点熄弧后再打开接地开关，利用开关的灭弧能力将电弧强行熄
灭。这种方法断路器的操作过程要复杂些，但是目前的技术能够保证它的可靠性。
图3 快速接地开关(HSGS)示意图
采用快速接地开关灭弧时，线路长度、换位、输送潮流、电弧电阻等对潜供电流和恢复电压均有影响。本文在仿真计算时，导线型号及其排列方式
与图2相同，地线均采用逐塔接地方式。线路电压在1069~1051kV之间。
表2列出了采用HSGS后，潜供电流随故障点电弧电阻Rg大小变化的关系。故障点电弧电阻Rg分别取10Ω、100Ω和300Ω，HSGS的接地电阻按0.2Ω考虑。由表2可知，采用HSGS后，故障点电弧电阻Rg对潜供电流影响显著，随Rg的增大潜供电流明显减小；无论线路有无高抗，换位与否，故障点恢复电压均非常低。
表2 故障点电弧电阻对潜供电流和恢复电压的影响
线路长度/km
高抗补
双回潮流
偿度(MW+jMvar)
Rg/Ω 潜供电流/A 恢复电压/kV
10 10.47
80(不换位) 0 4628+j25 100 1.49
0.15
300 0.50 10 188.79
300(三段换位)82.9%
3889+j158
100 58.99 6.44
300 21.02
表3列出了不同线路长度、换位与不换位下潜供电流和恢复电压的大小变化，计算时故障点电弧电阻Rg取100Ω。线路换位时潜供电流和恢复电压比不换位时显著增大；线路越长潜供电流和恢复电压越大，在线路长为300km时，潜供电流已达58.99A（线路换位）。
表3 换位方式、线路长度对潜供电流和恢复电压的影响
线路换位
双回潮流 (MW+jMvar)
线路长度/km 潜供电流/A 恢复电压/kV
4628+j25 80 15.59 1.58
换位
4391+j410 150 29.13 3.01 3889+j158 300 58.99 6.44 4628+j25 80 1.49 0.15
不换位
4391+j410 150
5.07 0.53
3889+j158 300 22.21 2.48
表4列出了线路输送潮流大小对潜供电流和恢复电压的影响，计算时故障点电弧电阻Rg仍取100 Ω。在线路不换位时，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随
4 特高压线路地线和快速接地开关对潜供电流的影响分析
潮流增大而增大，基本呈线性关系。
表4 换位方式、线路长度对潜供电流和恢复电压的影响
线路换位 线路长度/km
双回潮流 (MW+jMvar)
潜供电流/A 恢复电压/kV
80
4628+j25 15.59 1.58 换位
6204+j47 20.80 2.11 150 4391+j410 29.13 3.01 7102+j564 44.10 4.55 80
4628+j25 1.49 0.15 不换位
6254+j47 1.50 0.15 150
4391+j410 5.07 0.53 7102+j564 5.07
0.53
表5列出了HSGS限制双回线路两相同时故障
时潜供电流的效果，计算时故障点电弧电阻Rg仍取100Ω。在HSGS限制双回故障的潜供电流时，换位线路的潜供电流仍然很大；而对于不换位线路，HSGS可将双回故障的潜供电流和恢复电压限制在很小的范围内。
表5 双回两相接地故障时的潜供电流和恢复电压
线路
潮流
长度/km (MW+jMvar)
限制措施 线路换位 潜供电流/A 恢复电压/kV
中性点小阻抗 换位 30.40 168.06
150 4628+j25 HSGS
换位 44.82 4.63
不换位 7.47 0.78 80 4628+j25
无 55.00 175.78
HSGS 不换位
2.19 0.22
通过上述计算和分析，HSGS的特点及其适用
范围如下：
1）接地点电弧电阻对潜供电流影响显著，电阻越大潜供电流越小；线路越长潜供电流越大。
2）HSGS能够将故障点的恢复电压限制在一个非常低的数值。
3）经过换位的线路，HSGS限制潜供电流的效果较差，要慎用HSGS来限制潜供电流。
4）不换位线路，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随潮流增大而增大，基本呈线性关系。
5）HSGS可将不换位线路的单相接地和双回两相接地故障的潜供电流和恢复电压限制在较低的范围。
6）HSGS适合于不换位的线路，不适合于换位线路；线路长度不宜过长。
3 结论
1）两根地线均逐塔接地的潜供电流最小，两根地线均分段接地的潜供电流最大，一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流介于两者
之间。
2）两根地线逐塔接地和一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流相比较，相差约3.5％。在线路发生接地故障时，分段接地地线的部分间隙要击穿，其潜供电流与两地线逐塔接地的差异还要减小。因此，在仿真建模时可选择易于建模的地线布置方式。
3）采用HSGS后，恢复电压可降至非常低的水平；故障点电弧电阻Rg对潜供电流影响显著，随Rg的增大潜供电流明显减小。
4）采用HSGS后，在同等条件下，线路越长潜供电流和恢复电压越大；线路换位时潜供电流和恢复电压比不换位时显著增大。
5）在线路不换位时，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随潮流增大而增大，基本呈线性关系。
6）HSGS可将单相接地和双回两相接地故障的潜供电流和恢复电压限制在较低的范围。它适合于不换位的线路，不适合于换位线路；线路长度不宜过长。
参考文献
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收稿日期： 作者简介：
李振强(1982—)，男，硕士，工程师，主要从事电力系统过电压与绝缘配合的研究，[email protected]；
谷定燮(1941—)，男，教授级高工，从事过电压与绝缘配合的研究； 周沛洪(1949—)，男，教授级高工，从事过电压与绝缘配合的研究。
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特高压线路地线和快速接地开关
对潜供电流的影响分析
李振强，谷定燮，周沛洪，戴敏，娄颍
（国网电力科学研究院，湖北省 武汉市 430074）
摘要：地线的布置方式不同，对线路潜供电流大小的影响不同。特高压输电线路的输送功率大，导地线之间的电磁耦合作用较强，在地线上的感应电压电流较大。结合潜供电流的产生机理，理论分析并利用EMTP软件对特高压同塔双回线路在三种地线布置方式下的潜供电流进行仿真计算，结果表明三者的潜供电流差异不大。因此，在进行仿真时，可选择易于建模的地线布置方式。快速接地开关（HSGS）限制潜供电流和恢复电压时，有其独特之处。论文对HSGS限制特高压线路潜供电流和恢复电压的特性进行了详细的研究和分析，仿真中考虑了线路长度、换位、故障点电弧电阻及线路输送潮流等多种因素的影响。基于HSGS的特点，提出了它的适用范围。
关键词：特高压；架空地线；感应电压；感应电流；潜供电流；HSGS；EMTP
0 引言
架空地线是高压和超高压输电线路最基本的防雷措施，它可通过对导线的耦合减小线路绝缘上的电压、通过对导线的屏蔽减低导线上的感应电压等[1,2]，有时为减小输电线路上的感应电压,还在输电线路下方架设地线[3]，另外，架空地线除了防雷这个重要功能以外，还能减低工频过电压[4]、减小输电线路的潜供电流[5]，这对于特高压输电线路来说无疑是一个有利因素。
目前，我国超高压输电线路中架空地线有逐塔接地、分段接地、换位后接地和经地线滤波器排流圈接地等多种运行方式[6,7]。
地线的悬挂方式对线路潜供电流的大小具有一定的影响，在进行仿真计算时，为了便于建模，模型中的地线与实际接线常常不同。因此，有必要研究不同地线悬挂方式对潜供电流的影响程度，以确保仿真的真实性和正确性。
特高压线路的潜供电流是一个关键的问题。潜供电流和电弧熄灭后弧道两端的恢复电压的幅值是潜供电弧熄灭的决定因素[8-10],因此，从提高系统的稳定性和供电可靠性的角度来说潜供电流越小
越好。我国500 kV线路上采用高抗中性点小电抗来限制潜供电流和恢复电压的方法已有丰富的经验，我国特高压线路上仍然可采用此方法。但如果特高压线路不换位，或者换位不完全，小电抗的补偿作用就会减弱，潜供电流会增大。另外，如果线路较短，线路没有装设高抗，在此情况下若潜供电流和恢复电压过大则需要考虑其它的措施。日本的特高压系统及韩国750 kV线路上采用了快速接地开关(HSGS)来抑制潜供电流和恢复电压[11]。我国幅员辽阔、地形复杂，特高压输电线路长度、换位等情况不一，HSGS是否适合多种线路值得进一步探讨。
本文利用电磁暂态仿真软件EMTP，针对特高压同塔双回输电线路架空地线不同的接线方式对潜供电流的影响进行计算分析。研究HSGS在不同线路长度、换位、电弧电阻的情况下限制潜供电流和恢复电压的作用。
1 架空地线感应电量及其对潜供电流的
影响
超高压、特高压的架空地线通常一根为普通地线，另一根为OPGW。地线悬挂方式常采用3种：1）普通地线和OPGW均逐塔接地；2）普通地线分段绝缘，OPGW逐塔接地；3）普通地线和OPGW均分段绝缘，一点接地。本文以这3种地线悬挂方式为例研究它们对输电线路潜供电流的影响。 1.1 架空地线上的感应电量分析
架空地线与输电线路之间存在电磁耦合和静电耦合。在正常情况下三相导线上的负荷电流一般是不完全平衡的，且地线至各相导线的距离一般是不相等的，通过互电容、互电感它们在地线上感应2种电量：电磁感应分量和静电感应分量。
如果地线分段绝缘，即一端接地另一端对地绝缘，则地线上的感应电量为电磁感应电压和电容耦合电流。由于静电感应电流为电容性耦合电流，其
2 特高压线路地线和快速接地开关对潜供电流的影响分析
值很小，一般可忽略。因此，主要是电磁感应电压，地线绝缘端的电磁感应电压最大，其值可由下式得到：
Um=ωlL(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIIAIIIA+MIBIIB+ MICIIC+M2I2) (1)
式中：lL为该段地线长度，MI、MII为输电线路对该地线的耦合电感，M2为另一地线对该地线的耦合 电感。
如果地线逐塔接地，则地线上的感应电量主要为电磁感应电流IL，其值可由下式得到：
IL=(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIIAIIIA+MIBIIB+ MICIIC+M2I2)/L (2)
式中：IL为该段地线电流，L为该段地线的电感。
由式(1)~(2)可知，架空地线的电磁感应电压和电流与输电线路的负荷电流及其与导地线的耦合电感有关。
特高压输电线路的输送功率较500 kV线路大大提高，线路负荷电流明显增大；导地线之间的电磁耦合作用较强。特高压线路的这些特点都会导致地线上的感应电压电流增大。
1.2 地线感应电量对潜供电流的影响
当线路发生单相接地故障时，故障相两侧断路器断开,健全相仍联接于电源继续运行。健全相线路的工作电压、架空地线上的感应电压和线路负载电流、架空地线上的感应电流通过相间互电容和互感对被切除的故障相产生静电感应和电磁感应，使故障相仍能维持一定的接地电流，该电流即为潜供电流[12]，如图1所示。
图1 地线对潜供电流的影响示意图
潜供电流由静电感应电流Ij和电磁感应电流Ih组成，其中静电感应分量占较大比重[13-14]。由健全相通过相间电容供给故障点的那部分接地电流称为潜供电流的静电感应分量；由健全相负载电流经互感在故障相线路上感应出来的电势Eg以故障相导线对地电容为回路，供给部分接地电流，这部分电流是潜供电流的电磁感应分量，由于电磁感应电势Eg在线路中部为0，沿线路两端逐渐增大，且符
号相反，因此电磁感应电流Ih在线路中部为0，在线路两端数值最大。
若长度为l的同塔双回输电线路，其I回线A相单相接地，该相线路两端断路器跳开，根据潜供电流的定义，其静电感应电流Ij、最大电磁感应电势Egm及最大电磁感应电流Ihm数值可分别由式(3)~(5)计算得到：
Ij=jωl(CIBUIB+CICUIC+CIIAUIIA
+CIIBUIIB+CIICUIIC+C1U1+C2U2) (3) Egm=jωl(MIIAIIIA+MIIBIIIB+MIICIIIC
+MIBIIB+MICIIC+M1I1+M2I2)/2 (4)
Ihm=2Egm/(jωLl+1/jωC0l)=ωl(MIBIIB+MICIIC+MIIAIIIA
+MIIBIIIB+MIICIIIC+M1I1+M2I2)/(ωLl-1/ωC0l) (5) 式中：C1、C2为两地线对故障相的耦合电容，CI、CII为线路健全相对故障相的耦合电容，M1、M2为两地线对故障相的耦合电感，MI、MII为线路健全相对故障相的耦合电感。
因此，线路最大的潜供电流Im=Ij+Ihm。 由式(3)、(5)并结合2.1节可知，由于架空地线上有感应的电压电流，其通过对故障相的耦合电容电感影响潜供电流的大小。地线悬挂方式不同，其感应电压电流值不同，且互电容、互电感不等，对故障相的耦合作用不一样，因此，对潜供电流的影响亦不相同。由于潜供电流的静电分量占主要部分，因此，两根绝缘地线均分段绝缘的方式对潜供电流的影响最大，两根绝缘地线均逐塔接地的方式影响最小。但是，与输电线路的电压电流相比，地线的感应电压电流数值甚小，总体上地线对潜供电流的影响不会太大。
在式(3)、(5)中没有计及潜供电弧的电阻值，弧道电阻Rd是非线性的，
但计算中常作线性处理。有关文献中Rd=1050li/I，
但有些其它文献中Rd值各有不同，有的取300Ω，有的取0~100Ω[15]。总的来说，Rd值不是特别大，这样一个阻值在一定范围内对潜供电流的影响不大[16]。
1.3 仿真计算结果
模型中的线路为同塔双回，最高运行电压1100 kV，导线型号8×LGJ−630/45，普通地线型号LBGJ−150020AC和OPGW−175,土壤电阻率为 260 Ω⋅m，塔型为伞形，档距450 m，导线和地线排列方式如图2所示(图中尺寸量纲为米)。线路长322 km，全线三段换位。3种地线悬挂方式下潜供
2009特高压输电技术国际会议论文集 3
电流的值如表1所示。
图2 导线和地线排列方式
表1 架空地线在3种悬挂方式下，潜供电流的比较
地线悬挂 方式
潜供电流/A
差值/% (以方式2)为基准)
高抗补偿度 中性点小电抗1） 11.50 -3.5 81.9%
850Ω
2） 11.92
0 3） 12.55
5.3
分析表1结果可知：两地线逐塔接地的潜供电流最小，两地线均分段接地的潜供电流最大，一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流介于两者之间，与理论分析相符合。其中两根地线逐塔接地和一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流相比较，相差约3.5％。
采用一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地方式，在线路发生接地故障时，分段接地地线的部分间隙要击穿，其潜供电流与两地线逐塔接地的差异还要减小。因此，在仿真建模时可选择易于建模的地线布置方式。
2 HSGS 的适用性分析
快速接地开关（HSGS）示意图如图3所示。其操作过程是：线路正常运行时，HSGS是处于开路状态。线路发生单相接地后，线路故障相两侧断路器开断。此时，故障点有潜供电流流过。在确认两侧断路器开断之后，故障相两侧的HSGS闭合，此时，潜供电流转移至HSGS，与故障点构成分流支路，减小了流经短路点的潜供电流，从而使故障点潜供电弧熄灭，然后故障相HSGS开断。HSGS要求和每相断路器一起控制和自动操作，其熄灭潜供电弧的实质是将故障点的开放性电弧转化为开关内压缩性电弧，将接地点的潜供电流转移到电阻很小的两侧闭合的接地开关上，等故障点熄弧后再打开接地开关，利用开关的灭弧能力将电弧强行熄
灭。这种方法断路器的操作过程要复杂些，但是目前的技术能够保证它的可靠性。
图3 快速接地开关(HSGS)示意图
采用快速接地开关灭弧时，线路长度、换位、输送潮流、电弧电阻等对潜供电流和恢复电压均有影响。本文在仿真计算时，导线型号及其排列方式
与图2相同，地线均采用逐塔接地方式。线路电压在1069~1051kV之间。
表2列出了采用HSGS后，潜供电流随故障点电弧电阻Rg大小变化的关系。故障点电弧电阻Rg分别取10Ω、100Ω和300Ω，HSGS的接地电阻按0.2Ω考虑。由表2可知，采用HSGS后，故障点电弧电阻Rg对潜供电流影响显著，随Rg的增大潜供电流明显减小；无论线路有无高抗，换位与否，故障点恢复电压均非常低。
表2 故障点电弧电阻对潜供电流和恢复电压的影响
线路长度/km
高抗补
双回潮流
偿度(MW+jMvar)
Rg/Ω 潜供电流/A 恢复电压/kV
10 10.47
80(不换位) 0 4628+j25 100 1.49
0.15
300 0.50 10 188.79
300(三段换位)82.9%
3889+j158
100 58.99 6.44
300 21.02
表3列出了不同线路长度、换位与不换位下潜供电流和恢复电压的大小变化，计算时故障点电弧电阻Rg取100Ω。线路换位时潜供电流和恢复电压比不换位时显著增大；线路越长潜供电流和恢复电压越大，在线路长为300km时，潜供电流已达58.99A（线路换位）。
表3 换位方式、线路长度对潜供电流和恢复电压的影响
线路换位
双回潮流 (MW+jMvar)
线路长度/km 潜供电流/A 恢复电压/kV
4628+j25 80 15.59 1.58
换位
4391+j410 150 29.13 3.01 3889+j158 300 58.99 6.44 4628+j25 80 1.49 0.15
不换位
4391+j410 150
5.07 0.53
3889+j158 300 22.21 2.48
表4列出了线路输送潮流大小对潜供电流和恢复电压的影响，计算时故障点电弧电阻Rg仍取100 Ω。在线路不换位时，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随
4 特高压线路地线和快速接地开关对潜供电流的影响分析
潮流增大而增大，基本呈线性关系。
表4 换位方式、线路长度对潜供电流和恢复电压的影响
线路换位 线路长度/km
双回潮流 (MW+jMvar)
潜供电流/A 恢复电压/kV
80
4628+j25 15.59 1.58 换位
6204+j47 20.80 2.11 150 4391+j410 29.13 3.01 7102+j564 44.10 4.55 80
4628+j25 1.49 0.15 不换位
6254+j47 1.50 0.15 150
4391+j410 5.07 0.53 7102+j564 5.07
0.53
表5列出了HSGS限制双回线路两相同时故障
时潜供电流的效果，计算时故障点电弧电阻Rg仍取100Ω。在HSGS限制双回故障的潜供电流时，换位线路的潜供电流仍然很大；而对于不换位线路，HSGS可将双回故障的潜供电流和恢复电压限制在很小的范围内。
表5 双回两相接地故障时的潜供电流和恢复电压
线路
潮流
长度/km (MW+jMvar)
限制措施 线路换位 潜供电流/A 恢复电压/kV
中性点小阻抗 换位 30.40 168.06
150 4628+j25 HSGS
换位 44.82 4.63
不换位 7.47 0.78 80 4628+j25
无 55.00 175.78
HSGS 不换位
2.19 0.22
通过上述计算和分析，HSGS的特点及其适用
范围如下：
1）接地点电弧电阻对潜供电流影响显著，电阻越大潜供电流越小；线路越长潜供电流越大。
2）HSGS能够将故障点的恢复电压限制在一个非常低的数值。
3）经过换位的线路，HSGS限制潜供电流的效果较差，要慎用HSGS来限制潜供电流。
4）不换位线路，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随潮流增大而增大，基本呈线性关系。
5）HSGS可将不换位线路的单相接地和双回两相接地故障的潜供电流和恢复电压限制在较低的范围。
6）HSGS适合于不换位的线路，不适合于换位线路；线路长度不宜过长。
3 结论
1）两根地线均逐塔接地的潜供电流最小，两根地线均分段接地的潜供电流最大，一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流介于两者
之间。
2）两根地线逐塔接地和一根地线逐塔接地，另一根地线分段接地的潜供电流相比较，相差约3.5％。在线路发生接地故障时，分段接地地线的部分间隙要击穿，其潜供电流与两地线逐塔接地的差异还要减小。因此，在仿真建模时可选择易于建模的地线布置方式。
3）采用HSGS后，恢复电压可降至非常低的水平；故障点电弧电阻Rg对潜供电流影响显著，随Rg的增大潜供电流明显减小。
4）采用HSGS后，在同等条件下，线路越长潜供电流和恢复电压越大；线路换位时潜供电流和恢复电压比不换位时显著增大。
5）在线路不换位时，潮流大小对潜供电流和恢复电压基本无影响，而线路换位时，潜供电流随潮流增大而增大，基本呈线性关系。
6）HSGS可将单相接地和双回两相接地故障的潜供电流和恢复电压限制在较低的范围。它适合于不换位的线路，不适合于换位线路；线路长度不宜过长。
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收稿日期： 作者简介：
李振强(1982—)，男，硕士，工程师，主要从事电力系统过电压与绝缘配合的研究，[email protected]；
谷定燮(1941—)，男，教授级高工，从事过电压与绝缘配合的研究； 周沛洪(1949—)，男，教授级高工，从事过电压与绝缘配合的研究。