1000kV特高压输电线路交叉跨越检修接地技术研究

　　田源 肖琪慧

　　【摘 要】由于架空输电线路运行环境复杂，特高压输电线路的交叉式跨越也越来越多，开展检修接地技术及安全防护措施研究具有重要意义。本文将重点探讨1000kV 特高压输电线路交叉跨越检修接地技术，从导线绝缘水平、地网布置方式和施工方法等方面进行阐述，结合现场实际情况提出相应对策与建议，包括加强对接地装置安装质量控制、优化地网布置形式以提高其防雷性能等，促进电网建设健康发展。

　　【关键词】1000kV 特高压输电线路；交叉跨越检修；技术分析引言

　　近年来，随着工业化进程的加速和能源需求的持续增长，特高压输电线路作为电力传输的重要手段，得到了越来越广泛的应用。1000kV特高压输电线路以其超高电压等级和长距离传输的能力，在电力系统中具有广阔的应用前景。然而，在其运行维护中还存在诸多问题亟待解决，其中最主要的是交叉跨越检修接地问题，它直接影响到线路的安全稳定运行。在该情况下，为确保线路安全运行，必须采取有效检修措施并进行适当接地操作，从而减少或消除交叉跨越区域内设备间发生故障时产生的干扰电流及对大地造成的电磁危害。

　　一、1000kV特高压输电线路交叉跨越检修接地技术基本概述

　　1000kV特高压输电线路交叉跨越检修接地技术是指在特高压输电线路与其他设施（如高速公路、铁路、河流等）交叉或相跨越时，为保证安全而采取的一种特殊防护措施[1]。该方法通过设置绝缘杆和避雷线使相邻导线间形成电场梯度以降低相间距离来限制故障电流，并保护设备不被损坏，从而提高了对地电压及工频过电压水平，避免了因雷电波侵入引起的二次回路短路事故。此外，在交叉跨越检修接地中，要选择适合的接地材料。传统的接地材料如铜排、铜线等存在接地电阻较大的问题，不能满足特高压输电线路的要求。因此，需要研发新型的低电阻接地材料，如导电混凝土等，以提高接地效果。在接地线路布置中，根据线路特点和实际情况，将架空地线作垂直排列或者平行于地面排列，可有效减小杆塔高度。

　　二、1000kV特高压输电线路交叉跨越施工难点

　　（一）安全风险

　　特高压输电线路具有高电压和强大的电磁场特性，其杆塔基础结构型式是影响电磁环境影响因素中重要参数之一。交叉跨越施工涉及与高压线路直接接触，一旦操作不当或出现设备故障，将产生较大范围内电磁感应过电压及工频电场，导致输变电设备绝缘受损，进而威胁电网安全稳定运行。另外，交叉跨越工程大多位于地形复杂地区，受气候条件等自然地理环境影响大，易造成绝缘子串局部闪络而引起安全事故[2]。

　　（二）布线设计

　　1000kV特高压输电线路布线设计是交叉跨越施工的关键环节。由于线路电压等级高、干扰严重，布线设计需综合考虑线路安全、电磁兼容、施工难度等因素。精确计算和合理设计线路的水平和垂直距离、断面尺寸、接地方式等方面，以确保施工过程中的最小干扰和线路安全。然而，在实际施工中，经常会遇到各种复杂情况，如：导线排列不整齐、架空地线间距过大、铁塔选型不当以及杆塔倾斜等问题。布线设计未充分考虑该影响，往往造成工程投资浪费或后期运行维护困难。

　　（三）绝缘封网施工难度大

　　绝缘封网需进行高空作业，例如：在高压输电线路的杆塔或导线上进行安装和维修。高空作业本就具有一定的危险性，加上封网作业又是一项繁重而复杂的工作，如果多条线路同时停电，很难保证供电可靠性。

　　三、1000kV特高压输电线路交叉跨越检修接地技术

　　（一）测量地形复杂区域

　　在对地形较为复杂的区域进行测量时，应对输电线路交叉跨越处进行准确定位。用湿度计测量其湿度，或用电子测距仪测定其距地高度等数据，并计算出相应的导线点高程值。该算法利用了湿静力平衡原理，通过将传感器置于被测点附近，以消除由于环境条件变化引起的测量误差，采用改进的自适应滤波技术来克服噪声干扰。使用全站仪，打出跨越部分导线点位置坐标及相关参数后，可直接得到导线点间相对高差（即跨线偏差），进而得出各节点之间的垂直角。在虚拟空间中，由已知点可以方便地推算出其他任意两点或多点之间的垂直角以及它们与各条路径上各个控制点的垂直角之比，从而实现自动测距功能。

　　具体而言，应从以下几点入手：第一，根据架空电力线路工程特点确定测量范围，包括路线走向、坡度、坡向及地面净空情况。第二，选择合适的测量方法，如双频GPS/BDS组合系统，通过比较不同频率下信号接收时间长短和接收机增益大小，决定选用哪个频段作为工作天线。同时还应考虑如何提高系统可靠性问题，尤其要注意设备安装调试过程中产生误差的因素及其影响程度。第三，对于同一地区内两条以上相互独立的杆塔，应按照各自对应于某一特定方向上的基准站信息，分别建立起与其所在坐标系一致的数学模型，再应用最小二乘法求解出该杆塔架体水平定向所需的方位角。第四，若存在多个监测点且相邻两监测站点相距较远时，需借助人工辅助手段进行精确定位，一般可通过“以测定位”法完成。当不存在任何观测资料时，可用“事后推算法”获取目标点位高程信息。总之，在线路跨越解决中必须充分利用地形地物特征，充分考虑其对测量精度的影响。同时也应结合现有仪器，合理选取测试点及布设方式等，尽量做到全面覆盖、准确高效。

　　（二）根据纵断面图纸和跨越测量数据建立架线模型

　　根据纵断面图纸和跨越测量数据，可建立1000kV特高压输电线路交叉跨越的架线模型，对其进行仿真计算。以导线垂度为约束条件，考虑杆塔基础埋深、塔基与铁塔间距、跨距等因素对单跨悬垂式钢管混凝土杆受力性能的影响，确定各参数的取值范围。在此基础上，确定两侧支撑点之间的跨越距离、导线高度以及交叉跨越部分的形状和尺寸，从而构建了1000kV交流单回路双回路输电线路平行或斜交横担-直线钢桁架组合结构的三维有限元分析模型。

　　根据实际情况，选择适当的杆塔模型，并按照实际布置情况进行配置。注意考虑杆塔的高度、型号、支撑点位置等参数，对于1000kV等级交流架空单回及多回线而言，当两端分别设置中间支撑时，可使两主副绝缘子串获得相同水平荷载。当主副绝缘子串中各支腿均采用钢芯铝绞线（SCR），并且不改变主副伞裙长度比例时，则能够满足工程需要，由于钢芯铝绞线具有良好的耐腐蚀性能和机械性能，SCR型绝缘子串更适合于1000kV交流输电系统中多段分支跨越。为此，应进一步研究基于SCR型绝缘子串联的1000kV级交流高压输电线路上并联支路不同排列方式的应力分布规律，以指导现场施工[3]。

　　按照跨越测量数据和线路设计规范，绘制导线在交叉跨越部分的形状和位置，通过对比分析得出：其一，导线最大张力沿横担处呈线性递减。其二，沿垂直于竖肋方向呈指数衰减趋势。其三，导线纵向变形量沿垂直竖排向横向逐渐增大，而横向位移随角度变化较小。因此，在设计中应尽量减小截面宽度，将较大弯曲刚度的导线直接悬挂在两相邻横杆间。同时要合理地选取档距、挂角以及支架倾角等关键技术参数。对于大跨度双分裂导线来说，其主要问题是档距过短引起的扭转效应，其次是受风速风向和气象条件限制造成的风切变现象。为此，要充分考虑风力作用对导线受力的影响，提高导线抗风性能。

　　同时，在模型中添加地线和防震锤等附属设施，从而降低悬垂式绝缘防振杆对周围电磁场的屏蔽效果，避免产生电磁干扰，确保信号传输质量。防震锤设置的目的在于防止地震过程中发生碰撞破坏或其他原因导致塔头断裂。另外也可以利用防震锤缓冲冲击能量，减少振动对防震杆与避雷针之间距离的不利影响，保证设备安全运行。最后，根据建立的架线模型，进行电场、磁场等工程计算和分析，评估交叉跨越的安全性，为实际工程提供理论依据。

　　（三）布置绝缘网

　　在1000kV特高压输电线路交叉跨越情况下，为保证人身安全和线路正常运行，需在跨越区域内布置绝缘网。绝缘网是由绝缘子串、导线和地线等组成的，在交叉跨越区域内悬挂或固定在地面上，用于隔离电力设备和设施，并保护电气设备不受雷电冲击影响。绝缘网的布置方法主要有两种：悬挂式和支撑式。悬挂式绝缘网是通过吊挂绝缘子串将导线和地线固定在空中，可减小对地面的占用，但需要考虑绝缘子串的选型和配置，以及导线和地线的张力问题。支撑式绝缘网是通过支撑杆将绝缘子串、导线和地线固定在地面，无需考虑绝缘子串的选型和导线地线的张力问题，但要占用一定的地面面积。因此，在设计时，一方面为了满足安全要求，必须选择合适的绝缘结构。另一方面为了减少占地面积，应合理确定地线长度和数量，最大限度利用空间[4]。

　　绝缘子串是绝缘网的主要组成部分，用于隔离导线和地线与支架、杆塔等金属构件的接触。在选择绝缘子串时，通常根据其承受电压等级（即额定载荷）及耐张强度来确定。对于大跨径绝缘子串而言，还可采用多分列形式，以提高其耐张应力水平。通常使用的绝缘子串有玻璃钢、瓷质、复合材料等几种。在配置绝缘子串时，需根据导线和地线的张力和跨越距离进行计算，从而选取最优方案。

　　导线和地线是绝缘网的另外两个主要组成部分。在布置导线和地线时，应根据跨越距离、导线类型、电流负荷等因素进行计算，并结合所处地形地貌条件及周围建筑物特点进行分析。由于绝缘网中绝缘子之间存在较大间距，故不能简单地以导线的高度作为划分依据，还应综合考虑相邻两部分间的间隙大小及其分布情况。通常，在跨越区域内采用导线二分法或三分法布置，即将导线分为两截或三截，通过绝缘子串将其固定在空中，可有效防止相间短路故障发生。若间隔较小，宜选用悬垂型绝缘导线，将导线分成几段，分别敷设于两侧不同位置上，再将各分段的两端用连接板连接起来构成一个整体。而地线通常采用U型或Z型铁将其固定在地面上，并对每一悬挂点做适当处理，使之成为连续稳定的导体。

　　（四）跨越档控制

　　在跨越档的策略控制工作中，应充分考虑各种干扰因素对控制系统性能产生影响的程度和范围，从而选择最适宜的控制目标。在跨越物高度确定中，根据跨越物的高度确定导线和地线的垂直安全距离，使之满足规范要求。通过计算分析得出跨距、档高以及不同坡度下跨地线或线路走廊宽度与最大允许风速之间的关系，为设计提供依据。选择合适的绝缘子串配置。导线离地高度应大于跨越物的高度加上垂直安全距离，且小于跨越物上表面到地面的垂直距离。档高不超过1米时，可适当提高其强度。对于大倾角（60°），小半径（1m）等情况，建议采用双芯电抗器加绝缘拉杆的方式来实现串间电压平衡。

　　导线的水平安全距离是导线在跨越区域内与跨越物之间的水平距离，在跨越档控制中，需要根据导线类型、电压等级和跨越物的类型、高度等选择合适的水平安全距离。水平安全距离主要包括：架空输电导线最低运行维护标准、架空电缆最小架设长度及间距标准、杆塔基础深度、塔底高程标准值及其他相关参数。为此，在水平安全距离的设置中要重点考虑上述各项指标是否符合规程规定并达到相应标准的限值[4]。

　　地线的水平和垂直安全距离是由接地电阻所决定的，因此在设定过程中应尽量降低接地装置阻性电流。为了保证跳闸率合格，还需进一步研究各保护定值的整定原则和方法。结合工程实例，提出了一种新的综合判断跳闸原因的分析方法，它利用故障录波数据和现场实验结果相结合进行快速判定，能及时发现事故发生前跳闸信号的存在，避免因误判造成严重后果，大大提高工作效率。同时该方法也能减少由于人为操作而引起的错误动作，保障电网安全稳定运行。此外，跨越档控制还包括对跨越物的清障和利用，通过在一个或多个可移动的连接到跨越物上的至少两个传感器之间发送测量数据来检测跨越物。基于所检测的跨越物能确定障碍是否已经被清除，当跨越物已被清除时将该信息发送至远程服务器以便于远程监控并向用户提供建议[5]。

　　总的来说，在特高压输电线路的交叉跨越区域内，通过跨越档控制技术可有效地限制线路横向发展，使之满足规范要求。并对防止铁塔失稳，减小相间短路影响具有积极作用，能显著改善供电质量和可靠性。

　　结束语

　　综上所述，在1000kV特高压输电线路中，交叉跨越检修接地技术是确保高压输电线路安全运行的关键技术之一。为解决传统架线式和架空地线法存在的施工周期长、对地形条件要求高以及无法适应复杂环境等问题，应采用新型绝缘结构及新材料作为绝缘子串与地之间的连接方式，实现带电更换故障导线或将其输送至换流站。同时，也可以通过安装复合绝缘子以提高工频电场分布均匀性和改善局部放电特性，并降低绝缘子表面闪络电压，从而有效抑制电晕产生，进而保证输变电设备可靠稳定运行。

　　参考文献：

　　[1] 盛尊华, 闫建兴, 马云霄. 特高压交直流线路相互交叉时地面混合电场的计算研究[J]. 山西电力,2022(2):7-10.

　　[2] 孔晨华, 杨孝鹏, 李冰臻等. 超特高压输电线路中带电作业电位转移装置自动化的研究[J]. 自动化应用,2022(2):115-117.

　　[3] 高磊,姚艺,金淼等. 500 kV交流线路与钻越1000 kV交流线路的垂直距离研究[J]. 电瓷避雷器,2021(2):169-174.

　　[4] 杨建华, 肖达强, 张伟等. 基于改进RBFNN 的1000kV 特高压线损预测[J]. 中国电力,2022,55(5):122-127,142.

　　[5] 特高压交流输电线路工程设计典型案例[J]. 供用电,2018,35(12):93.