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【摘 要】雷电引下线是风机叶片防雷系统的组成部分，是雷电流传导的重要结构。建立了引下线通时变雷电流的电磁-热数学模型和物理模型，分析了電流在引下线中的传导机理，雷电流分布有很强的趋肤特性。提出衡量引下线材料利用率的方法，结合温升特性分析了引下线时变电流传导特性。进而计算了不同引下线结构（单芯引下线和多芯引下线）的瞬态电流分布和温度分布，分析了其材料的利用率和温升特性。
【关键词】输电线路;引下线;施工技术
中图分类号：TM72 文献标识码：A
1 引言
从电气角度来说，配电线路杆塔电气绝缘由操作过电压和雷电过电压作用下的空气间隙距离要求决定，工频过电压下的绝缘要求不起控制作用，因此复合杆塔空气间隙应能够在系统最大操作过电压和雷电过电压作用下不被击穿且不会发生异常放电现象。复合杆塔相地绝缘为导线—接地引下线之间的空气间隙，过电压击穿瞬间放电路径贯穿该空气间隙，由于塔身抱箍的存在，使得金属表面场强剧烈畸变，附近空气电离作用增强，造成空气间隙击穿后放电路径继续从引下线延伸至塔身金属螺栓尖端，出现引下线至塔身的异常放电现象。
2 项目概况
河南内乡某厂的接入系统工程，将有效缓解南阳市及其西部地区电力供电的紧张局面，满足经济快速发展带来的电力需求的增长。该工程全线双回路架设线路长度26.4km，全线采用石墨基柔性接地体，接地引下线采用币12镀锌圆钢。接地装置施工过程中，质量和工艺要求最高的是接地引下线制作。目前，接地引下线制作时普遍采用挖出引下线、截断、工艺制作、焊接、安装、回填施工工艺，流程较为繁琐，在开挖、回填过程中，普遍采用人工方式，施工效率低，同时受工人质量意识影响，此阶段极易造成接地线隐蔽部分质量缺陷。
经过对某特高压工程1892处接地装置自检验收记录进行查阅分析，涉及接地装置质量问题61处，质量合格率96.8%。其中涉及接地引下线部位问题为53处，占总问题数的86.9%。主要问题为：引下线多处焊点、引卜线埋深小足、引下线焊接质量小饱满、引下线小贴合基础立柱等。
3 电磁-热效应计算结果
3.1 雷电流在引下线中的传导机理
导线设计时，往往考虑横截面积以保证恒流的通流能力，但是在雷电引下线设计时，以横截面积为设计依据是否合理？以截面积为70mm2单芯引下线为例进行机理说明。雷电流在通过单芯引下线时，电流主要分布在引下线的外表面，原因在于雷电流的时变特性，使得电流分布受到趋肤效应的影响。在不同时刻，雷电流的变化率不同，导致电流分布受到趋肤效应的影响特性不同。结合雷电流波形可以看出，随着时间的增加，雷电流波形变化率逐渐减小，电流频率逐渐减小，趋肤效应影响程度逐渐降低，引下线横截面电流从外表面分布将逐渐趋向均匀分布。
3.2 材料的利用率
我们提出一种衡量引下线的材料利用率的方法。假设雷电流均匀的通过引下线结构时的电流密度为JS，此时雷电流在引下线结构传导的能量损耗最小，材料利用率最高。实际上，雷电流受到趋肤效应的作用，引下线横截面电流密度非线性。其中，高于均匀电流密度的部分为过载电流，低于均匀电流密度的部分为欠载电流。若要使得雷电能量损耗最小，那么过载电流与欠载电流应趋近均匀电流。越趋近均匀电流，材料利用率越高。而对于时变的雷电流，在不同时刻，横截面上电流分布特性不同，导致材料利用率不同。然而，雷电流能量主要集中在波头部分，波头后时段的电流趋向平稳，同时25μs时雷电流的变化率最大，所以可以选取25μs时的横截面电流密度计算材料利用率，代表整个时段雷电流流过引下线时的材料利用率。
3.3 减小线径，增加芯线数
通过理论分析得知，引下线线径越小，电流越集中，因此可以通过减小线径增加电流密度的角度，增加材料利用率，如果要保证总截面积不变，则需要增加芯线数量。以总截面积为70mm2的多芯引下线为例进行机理说明，对于雷电流流过芯线根数不同的引下线结构时，理论上电流平均分配到每根芯线上，因此将电流进行均分处理，将均分后的电流加载在单芯线上，可以通过计算单芯线的电磁-热损伤情况反映整个引下线的雷电通流能力。计算截面积70mm2的多根芯线的引下线，其电流分布与单芯引下线的结果类似。雷电流在多根芯线的引下线结构传导中也受到趋肤效应的影响，但我们发现材料利用率有所不同。通过以上对比分析可知，对于多芯线结构引下线，芯线数越多，单芯线直径越小，受趋肤效应影响越小，电流分布越均匀。最终得出，对于多芯线结构引下线，芯线数越多，材料利用率越高，温升越小，能够更好地传导雷电流。
4 操作冲击试验布置及结果
进行操作冲击放电试验时，接地引下线与塔身的距离d定为50cm，观察相导线对接地引下线的放电路径有无异常，若放电路径受塔身或金具影响，可根据实际放电现象对距离d进行调整。当接地引下线与塔身距离分别为35cm、40cm和50cm时，采用环氧树脂方管作为导线横担，并与硅橡胶绝缘子配合使用，复合材料塔头的上、下相模拟导线对接地引下线的操作冲击放电路径均为空气间隙，击穿波形显示为波头击穿，击穿时间为200μs。当接地引下线与塔身距离分别为30cm时，操作冲击放电路径为绝缘子端部金具对接地引下线。由此可知，操作冲击试验的接地引下线距离塔身最小距离选择35cm是合适的。综合雷电和冲击试验结果可知，接地引下线与塔身在间隙距离35cm及以上时，放电路径较为一致，未出现异常放电现象;当间隙距离为30cm时，放电路径均为绝缘子金具对接地引下线，放电异常。综合考虑雷电和冲击的试验结果，35kV复合材料杆塔采用复合方管横担和复合绝缘子时，接地引下线与塔身距离最小空气间隙选择为35cm是合适的。
5 工艺优化应用
5.1 前期准备
接地装置施工前，根据计算的接地线外露长度方案对各基础施工队进行了交底，并在接地装置隐蔽工程验收时对引下线外露长度进行专项检查，确保初期施工时引下线外露长度满足方案要求。
5.2 效果检查
经过事前精确计算和充分准备，顺利完成了内乡工程接地引卜线施工，经过程检查及质量监督验收，接地装置质量合格率100%，引卜线工艺美观，证明该工艺措施得力，方法可行。
6 结束语
在内乡500kV输电线路工程接地引下线工艺制作过程中，采用了优化后的接地引下线施工工艺，实践证明，优化后施工工艺较传统工艺施工工效提高4倍以上，具有很高的经济效益，同时避免了接地引下线制作过程因二次开挖、焊接、回填产生新的质量缺陷。本项目研究的接地引下线工艺优化措施为今后输电线路频繁的接地装置施工起到了试验示范作用。
参考文献：
[1] 石照亮.输电线路杆塔接地引下线连接螺栓改良[J].科技资讯，2018，16（31）：42-43.
[2] 李响，张健，张伟，王琳慧.接地引下线装卸器的研制[J].湖州师范学院学报，2017，39（10）：49-53.
[3] 刘鹏，胡凯强.输配电线路杆塔防腐导电型接地引下线技术研究[J].贵州电力技术，2016，19（06）：47-48.
[4] 徐松，冯兵，何铁祥.输电杆塔镀锌接地引下线腐蚀分析[J].电瓷避雷器，2014（04）：121-126.
[5] 代鑫波，崔勇，陈湘华.输电线路铁塔接地引下线优化设计[J].水电能源科学，2013，31（01）：174-176.
（作者单位：国网山西省电力公司晋城供电公司）
【关键词】输电线路;引下线;施工技术
中图分类号：TM72 文献标识码：A
1 引言
从电气角度来说，配电线路杆塔电气绝缘由操作过电压和雷电过电压作用下的空气间隙距离要求决定，工频过电压下的绝缘要求不起控制作用，因此复合杆塔空气间隙应能够在系统最大操作过电压和雷电过电压作用下不被击穿且不会发生异常放电现象。复合杆塔相地绝缘为导线—接地引下线之间的空气间隙，过电压击穿瞬间放电路径贯穿该空气间隙，由于塔身抱箍的存在，使得金属表面场强剧烈畸变，附近空气电离作用增强，造成空气间隙击穿后放电路径继续从引下线延伸至塔身金属螺栓尖端，出现引下线至塔身的异常放电现象。
2 项目概况
河南内乡某厂的接入系统工程，将有效缓解南阳市及其西部地区电力供电的紧张局面，满足经济快速发展带来的电力需求的增长。该工程全线双回路架设线路长度26.4km，全线采用石墨基柔性接地体，接地引下线采用币12镀锌圆钢。接地装置施工过程中，质量和工艺要求最高的是接地引下线制作。目前，接地引下线制作时普遍采用挖出引下线、截断、工艺制作、焊接、安装、回填施工工艺，流程较为繁琐，在开挖、回填过程中，普遍采用人工方式，施工效率低，同时受工人质量意识影响，此阶段极易造成接地线隐蔽部分质量缺陷。
经过对某特高压工程1892处接地装置自检验收记录进行查阅分析，涉及接地装置质量问题61处，质量合格率96.8%。其中涉及接地引下线部位问题为53处，占总问题数的86.9%。主要问题为：引下线多处焊点、引卜线埋深小足、引下线焊接质量小饱满、引下线小贴合基础立柱等。
3 电磁-热效应计算结果
3.1 雷电流在引下线中的传导机理
导线设计时，往往考虑横截面积以保证恒流的通流能力，但是在雷电引下线设计时，以横截面积为设计依据是否合理？以截面积为70mm2单芯引下线为例进行机理说明。雷电流在通过单芯引下线时，电流主要分布在引下线的外表面，原因在于雷电流的时变特性，使得电流分布受到趋肤效应的影响。在不同时刻，雷电流的变化率不同，导致电流分布受到趋肤效应的影响特性不同。结合雷电流波形可以看出，随着时间的增加，雷电流波形变化率逐渐减小，电流频率逐渐减小，趋肤效应影响程度逐渐降低，引下线横截面电流从外表面分布将逐渐趋向均匀分布。
3.2 材料的利用率
我们提出一种衡量引下线的材料利用率的方法。假设雷电流均匀的通过引下线结构时的电流密度为JS，此时雷电流在引下线结构传导的能量损耗最小，材料利用率最高。实际上，雷电流受到趋肤效应的作用，引下线横截面电流密度非线性。其中，高于均匀电流密度的部分为过载电流，低于均匀电流密度的部分为欠载电流。若要使得雷电能量损耗最小，那么过载电流与欠载电流应趋近均匀电流。越趋近均匀电流，材料利用率越高。而对于时变的雷电流，在不同时刻，横截面上电流分布特性不同，导致材料利用率不同。然而，雷电流能量主要集中在波头部分，波头后时段的电流趋向平稳，同时25μs时雷电流的变化率最大，所以可以选取25μs时的横截面电流密度计算材料利用率，代表整个时段雷电流流过引下线时的材料利用率。
3.3 减小线径，增加芯线数
通过理论分析得知，引下线线径越小，电流越集中，因此可以通过减小线径增加电流密度的角度，增加材料利用率，如果要保证总截面积不变，则需要增加芯线数量。以总截面积为70mm2的多芯引下线为例进行机理说明，对于雷电流流过芯线根数不同的引下线结构时，理论上电流平均分配到每根芯线上，因此将电流进行均分处理，将均分后的电流加载在单芯线上，可以通过计算单芯线的电磁-热损伤情况反映整个引下线的雷电通流能力。计算截面积70mm2的多根芯线的引下线，其电流分布与单芯引下线的结果类似。雷电流在多根芯线的引下线结构传导中也受到趋肤效应的影响，但我们发现材料利用率有所不同。通过以上对比分析可知，对于多芯线结构引下线，芯线数越多，单芯线直径越小，受趋肤效应影响越小，电流分布越均匀。最终得出，对于多芯线结构引下线，芯线数越多，材料利用率越高，温升越小，能够更好地传导雷电流。
4 操作冲击试验布置及结果
进行操作冲击放电试验时，接地引下线与塔身的距离d定为50cm，观察相导线对接地引下线的放电路径有无异常，若放电路径受塔身或金具影响，可根据实际放电现象对距离d进行调整。当接地引下线与塔身距离分别为35cm、40cm和50cm时，采用环氧树脂方管作为导线横担，并与硅橡胶绝缘子配合使用，复合材料塔头的上、下相模拟导线对接地引下线的操作冲击放电路径均为空气间隙，击穿波形显示为波头击穿，击穿时间为200μs。当接地引下线与塔身距离分别为30cm时，操作冲击放电路径为绝缘子端部金具对接地引下线。由此可知，操作冲击试验的接地引下线距离塔身最小距离选择35cm是合适的。综合雷电和冲击试验结果可知，接地引下线与塔身在间隙距离35cm及以上时，放电路径较为一致，未出现异常放电现象;当间隙距离为30cm时，放电路径均为绝缘子金具对接地引下线，放电异常。综合考虑雷电和冲击的试验结果，35kV复合材料杆塔采用复合方管横担和复合绝缘子时，接地引下线与塔身距离最小空气间隙选择为35cm是合适的。
5 工艺优化应用
5.1 前期准备
接地装置施工前，根据计算的接地线外露长度方案对各基础施工队进行了交底，并在接地装置隐蔽工程验收时对引下线外露长度进行专项检查，确保初期施工时引下线外露长度满足方案要求。
5.2 效果检查
经过事前精确计算和充分准备，顺利完成了内乡工程接地引卜线施工，经过程检查及质量监督验收，接地装置质量合格率100%，引卜线工艺美观，证明该工艺措施得力，方法可行。
6 结束语
在内乡500kV输电线路工程接地引下线工艺制作过程中，采用了优化后的接地引下线施工工艺，实践证明，优化后施工工艺较传统工艺施工工效提高4倍以上，具有很高的经济效益，同时避免了接地引下线制作过程因二次开挖、焊接、回填产生新的质量缺陷。本项目研究的接地引下线工艺优化措施为今后输电线路频繁的接地装置施工起到了试验示范作用。
参考文献：
[1] 石照亮.输电线路杆塔接地引下线连接螺栓改良[J].科技资讯，2018，16（31）：42-43.
[2] 李响，张健，张伟，王琳慧.接地引下线装卸器的研制[J].湖州师范学院学报，2017，39（10）：49-53.
[3] 刘鹏，胡凯强.输配电线路杆塔防腐导电型接地引下线技术研究[J].贵州电力技术，2016，19（06）：47-48.
[4] 徐松，冯兵，何铁祥.输电杆塔镀锌接地引下线腐蚀分析[J].电瓷避雷器，2014（04）：121-126.
[5] 代鑫波，崔勇，陈湘华.输电线路铁塔接地引下线优化设计[J].水电能源科学，2013，31（01）：174-176.
（作者单位：国网山西省电力公司晋城供电公司）