摘要：近年来，我国的输电线路建设越来越多。基于输电线路分段地线感应取能必要性，分析输电线路分段地线取能的特点和应用局限。通过一系列的建模和数据，提出优化输电线路分段地线感应取能操作的策略。以四川电网某500kV线路为例，对取能功率进行实际测量，阐述取能方式的科学合理。
关键词：输电线路；架空地线；节能接地技术；分段地线；感应取能
引言
目前，国内安装在高压输电线路上的在线监测设备（以下简称为在线监测设备）主要采用光能、风能和基于相电流的电磁感应取能方法进行供电。其中，基于相电流的电磁感应取能方法因为安全的原因只能对安装在高压导线上的在线监测设备进行供电，而对于大多数安装在铁塔上的在线监测设备目前主要采用光能或风光互补供电。风、光供电方式受环境影响较大，在冬季常常因为长时间的阴、雨、雪等气候造成在线监测设备因供电不足而无法稳定工作的问题。
1输电线路分段地线感应取能的必要性分析
从实际操作情况来看，架空地线与导线之间存在电磁感应，由此会带来不同程度的架空地线电能损耗问题。我国110kV及以上输电线路架空地线主要有普通地线和光纤复合地线两种，而在实际应用的过程中考虑到防雷基地设置，架空地线一般会选择应用逐基接地的操作方式。在应用这种方式进行接地操作的时候受架空地线和导线之间的感应影响，架空地线中往往会产生较多的感应电流，加大了对架空地线电能的损耗。但传统输配电线损计算只考虑导线电能损耗，其大小基于负荷电流和导线电阻，对架空地线电能损耗未足够重视。为减小架空地线逐基接地或多点接地引起的电磁感应电流及电能损耗，实现架空地线节能，减少雷电对整个系统的干扰人们研究出输电线路分段地线感应取能。
2地线取能设备的工程实现
（1）取能电源的一端直接和架空地线相接，而架空地线在线路中一般作为防雷线使用。当架空地线受到雷电冲击，与其相连的取能装置不可避免地也会受到雷电冲击的影响。因此，取能设备本身的防雷设计对于其长期的可靠稳定运行十分关键。（2）由于用电负荷的波动，相电流的日间波动很大，可以从0变化至线路设计负荷的30%～40%，极端情况下还可能达到线路设计负荷的120%，其将引起电源两端的输入电压大范围波动，因此地线取能设备的设计必须满足该情况下的正常工作和设备安全。（3）地线上会因为线路操作、变压器投切、相线短路等原因出现瞬时工频高压，对该类干扰的防护也是地线取能设备设计中必须解决的一个重要问题。
3分段绝缘地线取能的理论分析与计算
（1）取能计算等值电路的分析。分段绝缘地线取能的理论基础是涡旋感应，结合图1的信息发现，涡旋回路除了会产生相应的感应电流。使用过程中，还会存在静电感应电流is，静电感应电流在应用的过程中还会产生相应的分流。由于分段绝缘地线取能回路地线电阻较小，不管是静电还是涡旋感应电流在感应回路中地线上的电压也会减少，这个时候分段绝缘地线取能回路主要由Zl承担。（2）戴维南等效电路的分析与计算。戴维南等效电路的分析与计算基础是图二的基于涡旋感应的分段绝缘地线取能等值计算电路，所涉及的参数包含等效电压和等效内阻抗。假设Zl所在取能回路位于节点i与j之间。在具体计算操作的时候由于涉及的电路节点众多，计算起来十分复杂，在经过一系列的商讨之后可以将节点i左侧、j右侧以及i～j之间的地线网络分别用等效支路表示。
4设备内部构架
地线取能装置的内部构架如附录中的图A1所示。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在取能地线偏短或相线电流偏小的情况下，地线取能设备所能提供的功率可能难以满足在线监测设备的用电要求，因此需要增加蓄电池作为能量蓄水池，在地线感应电不足时用作后备电源。考虑到目前绝大部分在线监测设备的电源控制箱内都安装有蓄电池。
5相关影响因素的分析
（1）周围档距和杆塔接地电阻的影响。Zl附近的档距和杆塔接地电阻在本质上是针对取能的操作范围来讲，在具体操作的时候需要首先考查一个档距。不失一般性，假设（i-1）左侧为均匀线路，Si-1档则为非均值档，xi为Si-1的档距与档距均值之比。记Uie，Zie受档距变化影响时的值为Uies，Zies。在经过一系列的操作之后发现，档距变化前后Ol值并没有改变，i左侧多个档距变化时Ol值也不受影响。（2）杆塔接地电阻变化的影响。在综合考虑一个电阻变化的时候，假设Ri-1为非均值电阻，yi为该电阻与R0的比值。在经过一系列的计算分析之后发现，在Ol保持不变的情况下，多个杆塔接地电阻变化时Ol也不受影响。因此，可以得到等效参数不受Ri和Si影响的基本结论。（3）导–地线间距离的影响。结合绝缘及杆塔结构紧凑的要求，在具体操作的时候各个导线之间的距离不能太小，导线之间的变化范围需要被控制在一定的范围内。在一般情况下，导线-地线间距离变化较大是杆塔几何结构影响的主要原因。这种距离设置可以通过线与上相导线的高度差来表示。在经过一系列的操作证明之后发现地线感应电势与hi是有关的。
6现场安装况情况及使用效果
由于安装位置在地电位端，因此本文所提地线取能设备可以在带电的情况下进行安装，与高压取能技术相比，其现场安装更为方便。地线取能装置可以极大地改善输电线路在线监测装置在冬季的供电状况。由于现场的负载不是纯电阻负载，因此线路负荷和电源的输出功率无法匹配对应。但由地线取能装置代替光伏供电前后，在线监测设备的蓄电池电压变化可看出，在采用地线取能装置供电后，在线监测设备的蓄电池电压有明显的提升。7现场实际测量分析（1）现场实际测量方案的设计。现场实际测量方案设计的目的是在以往的基础上进一步验证取能功率计算及前面讨论因素的影响。测试采用线路纵向几何均值结构示意图取能计算可通过测量取能回路中Zl的电压（模值，记为Ul）直接验证。相应地，讨论相关因素对取能功率的影响时可以通过测量I0的方法间接验证。（2）取能区间的确定。取能区间的确定需要遵循以下几个方面的原则：①取能区间的确定需要尽可能保持集中，对于同一个测量位置可以采用多项测试方式。②关联因素的验证分析需要尽可能选择在影响比较明显的区域位置，同时减少外界因素对测量产生的干扰。③选择位置时主要考虑导线换位，线路分支或hi这三个因素的干扰。（3）测试结果分析。从测试结果来看，S29～S32上各个档档距相差明显，但对应的I0基本相等，说明档距对I0的影响很小；S29、S30档的Ul比值是2.93，在具体操作的时候线路电流信息基本保持了相等的状态，在彼此之间数据信息形成正比关系的时候，功率信息也会随着S的增加而不断增加。S44和S60是一种临近的换位线路和线路分支处，但是二者之间和S31的距离较少，S44、S60档对应的地线电流都要比S31档小。
结束语
综上所述，本文以某线路发展实际情况来为基本研究，通过取能计算等开展了现场操作，旨为相关人员的理论和实践操作验证提供了重要参考支持，值得在较大的范围内推广使用。
参考文献：
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论文作者:阎志文
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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