近幾年在我國西南地區出現的電網覆冰現象，嚴重的威脅著電網安全，輸電線路覆冰厚度超過極限值，將引起線路倒塔，導致電網崩潰，造成災難性后果，對此，有關部門高度重視。相導線融冰技術的研究和應用已較為普篇，但對地線融冰技術的應用還相對滯后。地線覆冰對電力系統的影響也是不可忽視的。

一、項目提出背景

近幾年在我國西南地區出現的電網覆冰現象，嚴重的威脅著電網安全，輸電線路覆冰厚度超過極限值，將引起線路倒塔，導致電網崩潰，造成災難性后果，對此，有關部門高度重視。

相導線融冰技術的研究和應用已較為普篇，但對地線融冰技術的應用還相對滯后。地線覆冰對電力系統的影響也是不可忽視的。目前輸電線路融冰技術已相對比較成熟，但同時也開始逐漸暴露出地線無法融冰情況下對線路運行的影響。

導線融冰已有成功的應用案例，從導線融冰條件看，要想解決輸電線融冰，除了相線融冰外，架空地線(包括OPGW)也必須融冰，這樣才能防止斷線倒桿、通信中斷等事故。架空地線的融冰，就需要把架空地線對地絕緣起來，才具備加大融冰電流的條件。為了通過融冰全面提高輸電線路的抗冰能力，開展地線融冰的研究具有重要的意義。

從節能降耗效果來看，據有關研究部門、設計部門提供的資料數據也表明，將架空地線對地絕緣起來后，降低線損的效果也十分顯著。目前線路光纖復合架空地線(OPGW)和普通地線均采用逐塔接地的接線方式，這種接線方式導致電流對OPGW和普通地線產生互感，將在OPGW、普通地線和大地之間形成電流，從而產生電能損耗，其中OPGW和普通地線的電能損耗占了整個線路損耗的大部分。

對線路損耗與目前常用的OPGW和普通地線接地方式之間的關系進行研究分析，研究改進的OPGW線接地方式及其可靠性，對建設“節能型、環保型”輸電線路具有積極意義。

二、項目主要內容

(一)研究內容簡介

研究內容主要為根據地線融冰需要，分析地線全絕緣后對防雷及線路保護的影響，建立模型計算地線全絕緣后節能降耗效果，同時分析計算其感應電壓，研制滿足地線融冰需要的地線絕緣子，為推廣應用地線融冰打下基礎，主要包括以下方面的研究內容：

1.通過分析地線全絕緣后對線路運行造成的影響，計算地線全絕緣后的防雷效果以及采取的措施，計算感應電壓大小，并進行現場測量，為解決現場運行維護打下基礎。

2.研制地線融冰絕緣子，對絕緣子開展冰閃試驗和污閃試驗，確保新型地線融冰復合絕緣子滿足地線融冰需要。

3.研究地線融冰對地線進行絕緣改造需要開展的工作，包括地線分段長度的確定、地線絕緣子的設計與試驗，OPGW絕緣改造金具的設計與試驗等。

4.通過對改進的OPGW和普通地線接地方式進行建模，分析計算在正常、故障、檢修狀態下線路相關的感應電壓、電流等參數，分析線路損耗與目前常用的OPGW和普通地線接地方式之間的關系，設計改進的OPGW和普通地線接地方式，并針對特殊元件和組裝方式進行設計，設計一套符合現場實際的專用金具。

(二)研究方法

1.建模計算。

計算青山甲線線路損耗及OPGW和普通地線的感應電壓和感應電流是本項目的基礎工作，主要考慮由設計單位或高校組織人員，根據線路參數建立相應的數據模型，計算不同運行方式下的線路損耗、OPGW及地線的感應電壓和電流，通過計算選擇合適的接地改造方案。

2.實驗室試驗。

針對設計的新型地線絕緣子，按照地線融冰的要求，開展冰閃及污閃試驗;對OPGW光纜開展熱穩定性分析與試驗。

3.理論計算。

理論計算內容包括根據地線融冰電壓和電流的分析，計算地線分段長度及融冰方式;計算地線感應電壓;計算地線絕緣后的防雷效果，計算地線(OPGW)絕緣后其節能降耗效果，為開展地線融冰打下理論基礎。

4.現場測量。

通過現場測量地線絕緣后的感應電壓，分析感應電壓對線路運行維護造成的影響以及下一步改進措施。

5.產品設計與開發。

針對技術難點OPGW絕緣接續裝置的設計，主要考慮通過對目前國內外OPGW絕緣接續裝置的應用情況，分析可行的最經濟的方案，由廠家設計并制造相應的金具。

6.實際應用論證。

為確保項目最終能應用到實際，將在青山甲乙線、高肇直流根據設計情況進行現場技術改造，通過現場應用和安裝，掌握技術的實用性，并最終驗證其實用效果，為經濟性分析打下基礎。

三、項目技術路線

根據以往理論分析計算的結果，制定500千伏線路融冰及絕緣改造的可行性分析;根據線路絕緣后感應電壓和感應電流大小特點，選擇合適測點、測量項目和測量儀器，通過生產技術、線路管理等部門的相互配合，對地線的感應電流和感應電流進行現場測量。

根據線路的線路參數、桿塔參數、線路參數及系統運行參數等，采用EMTP軟件，以多個π型電路級聯的方式建立高肇直流架空地線、青山甲乙線架空地線輸電線路的數學模型，并根據現場測量數據對仿真模型進行修正，進而，建立較為準確的仿真計算模型。

采用仿真計算模型，進一步研究線路感應電壓及感應電流分布的特點，分析影響感應電壓、感應電流的因素，為有效降低感應電壓及采取下一步措施打下基礎。

采用仿真計算模型，分析地線絕緣后對線路防雷效果的影響，分別分析對直擊雷以及繞擊雷的影響，為有效降低防雷影響，采取有效防雷措施提供理論數據支撐。

根據仿真結果，設計滿足融冰及防雷要求的地線絕緣子以及OPGW金具，開展相關試驗，確保新產品滿足現場需要。

根據理念分析、現場測量結果，參考有關技術導則和技術標準，編制《500千伏線路地線(OPGW)融冰技術導則》。

四、項目的先進性和創新點

近年來，國內對架空線路相導線的融冰技術進行了大量研究，并得到了廣泛應用。地線融冰與相導線融冰技術原理基本相同，但由于地線接線方式及其功能不同，對地線進行融冰，也存在自己的特殊性。主要難點和創新點在于解決了以下九個問題：

(一)地線感應電壓的問題

傳統設計方案中，主要考慮架空地線的防雷作用，架空地線多采用逐塔接地的方式;為減小地線的電能損耗，地線也有采用分段絕緣單點接地的方式，但OPGW地線還普遍采用的是逐塔接地的方式。

對地線進行融冰要求地線必須對鐵塔絕緣，地線絕緣又帶來新的技術問題：由于相導線與地線間存在電場及磁場的相互耦合，地線全絕緣時在地線上將產生很高的感應電壓(感應電壓可達幾十千伏)，對地線的絕緣及檢修均提出了新問題，必須采用必要措施，降低地線的感應電壓。

(二)地線絕緣對防雷性能的影響分析

地線的防雷性能主要體現在對雷電直擊和繞擊兩個方面：當鐵塔或線路遭受雷電直擊時，地線對雷電流具有分流作用，可及時將雷電流經多個鐵塔引入大地，減小單個鐵塔的地電位過度升高，從而，減小反擊發生的概率。確保地線對繞擊的防護效果，必須保證在雷電先導發生時，地線先于相導線產生迎面先導，使雷電下行先導與地線迎面先導之間的空氣間隙優先擊雷，從而將雷電引向地線。

當地線接地時，地線表面電場強度遠大于導線表面電場強度，且其空間位置高于相導線，具備優先產生迎面先導條件，從而對繞擊具有防護作用;當地線絕緣時，如果在雷電下行先導發展過程中，地線上的感應電荷不能及時聚積，地線表面的電場強度將遠小于相導線表面電場強度，相導線優先產生迎面先導，對雷電下午先導接通，從而發生繞擊。當地線絕緣時，如何以確保地線的防雷性能不受影響，是地線融冰技術必須解決的問題，而該問題的解決關鍵在于地線絕緣子和絕緣間隙的合理設計。

(三)絕緣地線對線路保護的影響分析

逐塔接地的地線可減小潛供電流，有利于維持輸電線路的三相平衡。常規情況下線路保護整定值，考慮了逐塔接地地線的作用，因而，當地線絕緣時，線路保護的整定值是否需要從新設定，必須進行研究。

(四)地線絕緣子及絕緣串的設計

當同時考慮地線融冰、通訊、防雷及節能要求時，地線絕緣子串及絕緣間隙的設計是地線融冰技術能否成功的關鍵。

融冰和防雷對地線絕緣強度的要求具有互斥性，從融冰角度考慮，地線的絕緣強度越高越好，而提高防雷效果，要求地線的絕緣間隙在雷電發生前能夠可靠擊穿。地線的絕緣強度的要求是復雜的，不僅雷電自身極為復雜，雷電發生前，絕緣間隙的擊穿強度變化很大，且絕緣間隙受覆冰的影響很大。因而，地線融冰技術的成敗，關鍵在于線地絕緣的配合。

(五)OPGW分段絕緣金具設計

光纜絕緣接續裝置是實現OPGW絕緣運行的核心裝備，用于將兩端的OPGW電氣隔離并與塔身絕緣，熔接兩端的光纖，目前國內尚未有廠家生產這類專用產品。如果OPGW引下時需對塔絕緣，還需要采用絕緣引下夾具和絕緣余纜架。

OPGW采用分段絕緣的方式后，會對施工工藝產生一定影響，主要是OPGW采用光電隔離絕緣接續盒時，光纜的熔接工藝需要改變，既不能損傷光纖，又要保證外面金屬層的可靠斷開。OPGW采取分段絕緣、一點接地的方式后，接地點電勢為零，但接地點兩側的OPGW上均存在對地感應電勢，距離接地點越遠，感應電勢越大，另外OPGW絕緣引下時接續盒也為帶電體。運檢人員登塔時不得直接觸碰OPGW及與OPGW存在直接電氣連通的設備，這與以前的運行維護不相同，對運行維護人員提出了新的要求。

(六)OPGW融冰熱穩定性問題

長期以來，在電信、移動、廣電、交通等領域的長途光纖網大規模應用常規通信光纜的使用溫度均為大氣環境溫度，如直埋、管道、架空等光纜的實際使用溫度變化范圍約為-20℃~40℃之間，而電力系統通信領域OPGW、ADSS等光纜的使用溫度變化范圍約為-40℃~70℃之間。目前廣泛認可的普通商用通信光纖的20年長期工作溫度為85℃。

考慮到OPGW光纜融冰需要，根據南網電科院融冰電流計算模型，如需要對OPGW-10毫米冰區進行融冰，需要在260安培電流融冰持續1小時，由于持續大電流持續時間長，將會導致OPGW光纜內部溫升超過70℃的最大允許溫度，因此研究在OPGW光纜融冰過程中熱穩定性對光纖衰耗的影響有很大的必要性。

(七)地線融冰的保護問題

地線融冰時所加的是直流電壓，在地線融冰的過程中，一但發生地線對鐵塔放電，其電弧難以自選熄滅，長時間的電弧作用，對地線具有嚴重的燒蝕作用，甚至可引起地線斷裂。因而，研究地線融冰的保護措施是地線融冰與降耗改造必須解決的問題。

(八)地線降耗接線方式問題

地線融冰與地線降耗措施對地線接地方式的要求具有一致性，但它們又各有自己的特點。地線的電能損耗線路的輸送容量、導線是否換位、地線接地方式、地線是否換位等均有較大的關系。因而，研究在保證融冰要求的條件下，如何減小地線的電能損耗是地線融冰與降耗改造時必須解決的問題。

(九)地線融冰過程中閃絡保護問題

地線融冰所加的電壓為20千伏左右的直流電壓，雖然在地線絕緣子上加裝有保護間隙，但由于絕緣子的生產工藝、及安裝工藝存在差異，且自然界的覆冰情況又極為復雜，因而，融冰過程中地線與鐵塔間發生閃絡的可能難以完全杜絕。一旦地線與鐵塔間發生閃絡，由于直流電壓是恒定值，不存在過零點，電弧難以熄滅，在長時間的電弧作用下，容易發生地線燒蝕甚至燒斷的現象。因而，在地線融冰過程中，必須研究發生閃絡時的保護問題。

五、成果的經濟社會效應和推廣應用情況

地線全絕緣改造在超高壓公司貴陽局管轄的安順換流站、青巖變電站、獨山變電站以及青山甲乙線線路、高肇直流線路使用以來，不僅有效解決了地線覆冰導致線路跳閘的情況，而且線損得到了很大降低，具體使用效果包括以下幾個方面：

±500千伏高肇直流地線全絕緣后，滿足地線融冰要求，有效解決了地線覆冰導致高肇直流線路跳閘或重啟動等情況，確保了線路穩定運行;

500千伏青山甲乙線地線全絕緣后，能滿足地線融冰要求，有效解決了地線覆冰導致青山甲乙線線路跳閘或重合閘等情況，確保了線路的穩定運行;

500千伏青山甲乙線地線全絕緣后，青山甲乙線線路損耗得到了很大降低，大大節約了線損，為構建“綠色南網”打下了基礎。

基于以上的項目研究，超高壓輸電公司將500千伏線路地線(OPGW)

全絕緣節能降耗與融冰技術應用于500千伏施黎甲線、施黎乙線、黎桂甲線、黎桂乙線、桂山甲線、桂山乙線、±500千伏牛從甲線、±500千伏牛從乙線等多回500千伏線路工程中，均取得了預期的成果。

綜上所述，實現架空地線絕緣后，電網在覆冰嚴重時可以采用融冰裝置，消除地線及OPGW的冰災，防止了斷線、通信及保護中斷、桿塔倒塔等惡性事故的發生，其社會效益不可估量，保證了電網安全穩定運行是其最大的社會效益。據有關資料測算，將南方電網架空地線全部絕緣后，每年預計節能在20億度電左右，可創造出數百億的社會財富，社會效益是十分明顯的。