500kV線路桿塔引流板帶電消缺安全校核

張華杰 朱 丹 曾 東 溫 鎮(zhèn)

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

隨著我國電力事業(yè)的飛速發(fā)展，各電壓等級輸電線路和用電客戶數(shù)量迅速增加，線路負荷也大幅增長。輸電線路長期暴露在戶外，運行環(huán)境復雜，使得線路設備易產(chǎn)生銹蝕、磨損和發(fā)熱等缺陷，耐張線夾引流板發(fā)熱是輸電線路運行中經(jīng)常發(fā)生的問題之一。在線路滿負荷運行情況下，耐張線夾引流板發(fā)熱問題尤其突出，如不及時消除，會影響線路正常負荷的輸送，嚴重時會發(fā)生熔斷引流線的事故。為生產(chǎn)實際需要，嘉興電力局應浙江省電力公司要求，根據(jù)其所轄的500kV輸電線路特點，采用理論分析、試驗研究和現(xiàn)場應用試驗相結合的研究方法，研制開發(fā)引流板帶電消缺專用工器具[1-7]。

鑒于引流板帶電消缺作業(yè)項目的特殊性，作業(yè)人員進入作業(yè)位置的過程可能與常規(guī)帶電作業(yè)有所差異，因此有必要對典型桿塔上引流板帶電消缺作業(yè)過程中可能面對安全距離和組合間隙進行校核，以保證作業(yè)人員的安全。

本文在對收集到的500kV線路桿塔資料進行分析之后，再根據(jù)實際塔型和尺寸，通過計算，得到開展引流板帶電消缺作業(yè)時，作業(yè)人員的作業(yè)間隙及作業(yè)險率，分析帶電作業(yè)的安全性。

1 校核方法及步驟

按照下列方法及步驟校核典型塔型的帶電作業(yè)最小安全距離及各種進入方式的組合間隙。

1）確定各電壓等級桿塔的典型帶電作業(yè)位置及進入途徑。

2）由于本次調(diào)研 500kV桿塔各部位尺寸及桿塔寬度與以往帶電作業(yè)研究的同等電壓等級桿塔十分相近，以往帶電作業(yè)研究的同等電壓等級桿塔的試驗研究結果已經(jīng)擬合成典型的帶電作業(yè)間隙操作沖擊放電曲線。因此，根據(jù)這些曲線計算各電壓等級桿塔間隙的操作沖擊50%放電電壓值，并進行海拔校正。

3）根據(jù)各典型作業(yè)位置的操作沖擊50%放電電壓及海拔校正結果，計算各典型作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險率，依據(jù)相應危險率的計算結果，對 500kV線路桿塔的作業(yè)間隙及進入強電場的途徑進行校核。

2 帶電作業(yè)間隙操作沖擊放電特性

IEC 60071-2-1996《Insulation Coordination Part 2 Application Guide》推薦的空氣間隙緩波前過電壓絕緣特性的經(jīng)驗公式如下[8]：

以上公式中，U50為間隙的操作沖擊50%放電電壓；d為空氣間隙距離；K為間隙系數(shù)；U50RP為相應電壓波形及間隙距離下棒-板間隙操作沖擊 50%放電電壓。

本研究根據(jù)各帶電作業(yè)間隙結構的操作沖擊放電試驗數(shù)據(jù)，計算求取其間隙系數(shù) K，得出該帶電作業(yè)間隙結構的操作沖擊放電電壓公式及擬合曲線。

3 氣象及海拔高度修正

本文中列出的所有試驗數(shù)據(jù)，均已經(jīng)按 GB/T 16927.1—1997《高電壓試驗技術第一部分：一般試驗要求》修正為標準氣象條件下的數(shù)據(jù)[9]。

在確定帶電作業(yè)最小安全距離和最小組合間隙時，需考慮海拔高度的影響。海拔校正系數(shù)Ka采用IEC 60071-2-1996推薦公式：

式中，H為海拔高度（m）；m為與最小放電路徑及電壓波形相關的系數(shù)。為滿足工程實際需求，進行了海拔1000m的校正。

4 帶電作業(yè)危險率計算

在帶電作業(yè)中，通常將絕緣破壞的概率稱為危險率。設系統(tǒng)操作過電壓的概率分布和空氣間隙擊穿的概率分布都服從正態(tài)分布，帶電作業(yè)的危險率（國家規(guī)定：R0＜1.0×10-5）可由下式計算求得：

式中，P0(u)為操作過電壓幅值的概率密度函數(shù)，Pd(u)為空氣間隙在幅值為u的操作過電壓下?lián)舸┑母怕史植己瘮?shù)，分別為

式中，um為操作過電壓平均值（kV）；σ0為操作過電壓的標準偏差（kV）；U50為空氣間隙50%放電電壓（kV）；σd為空氣間隙放電電壓的標準偏差（kV）。

運用上述數(shù)學模型可編制計算程序，根據(jù)試驗結果計算相應的帶電作業(yè)危險率，在計算中，系統(tǒng)相對地最大操作過電壓 U0.13取 2.18p.u.，相對標準偏差取為 12%，操作過電壓平均值 Um可按下式計算：

式中，[σ0]為過電壓相對標準偏差。

5 500kV桿塔帶電消缺作業(yè)安全校核

5.1 STJ4耐張桿塔帶電消缺作業(yè)安全校核

1）引流線對側面塔身地電位人員安全距離校核

調(diào)研浙江地區(qū)各500kV輸電線路典型的耐張、轉角桿塔，其常用塔型為STJ系列，圖1為500kV STJ4耐張桿塔示意圖。

圖1 500kV STJ4耐張桿塔示意圖

考慮引流線對側面塔身地電位人員放電，對500kV線路各相引流線的帶電作業(yè)安全距離進行校核?？紤]帶電作業(yè)時的人體占位0.5m。具體的計算結果如表1中所示。

表1 引流線對側面塔身地電位人員安全距離校核結果

根據(jù) STJ桿塔的塔型設計，在除去人體占位0.5m后，STJ4塔中上相該位置的間隙距離為5.9m，中相該位置的間隙距離為9.5m，下相該位置的間隙距離為7.5m。由表1的計算結果可知，此種作業(yè)位置，STJ4桿塔的距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求。

2）引流線對其下方橫擔上地電位人員安全距離校核

考慮到作業(yè)人員在橫擔上移動時，可以采用俯身彎腰低頭等姿勢；在作業(yè)中，可以采用蹲姿作業(yè)，以降低人體占位高度。因此，在對作業(yè)人員與其上引流線安全距離校核時，按1.0m考慮人體活動范圍即可。針對該作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險率的計算結果如表2和表3中所示。

表2 引流線對其下方橫擔上地電位人員安全距離校核結果（引流線自然懸掛）

表3 引流線對其下方橫擔上地電位人員安全距離校核結果（引流線采用跳串懸掛）

根據(jù) STJ4桿塔的塔型設計，在除去人體占位1.0m后，若引流線采用自然懸掛的架構方式，STJ4塔中第二層橫擔該位置的間隙距離為5.5m，第三層橫擔該位置的間隙距離為4.5m；若引流線采用跳線懸掛的架構方式，STJ4塔中第二層橫擔該位置的間隙距離為 5.3m，第三層橫擔該位置的間隙距離為4.3m。

由表2的計算結果可知，STJ4桿塔引流線采取自然懸掛方式時，此種作業(yè)位置的安全距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求（人體在海拔1000m時第二層橫擔上作業(yè)的危險率為5.66×10-16）。

由表3的計算結果可知，STJ4桿塔引流線采取跳串懸掛方式時，此種作業(yè)位置的安全距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求（人體在海拔1000m時第二層橫擔上作業(yè)的危險率為3.35×10-15）。

3）耐張絕緣子串安全距離校核

根據(jù)耐張串等電位操作沖擊放電試驗及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對500kV STJ4桿塔耐張串的安全距離進行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結果如下表4中所示。由表4的計算結果可知，STJ4桿塔的耐張串絕緣子配置均可以滿足帶電作業(yè)安全距離的要求。

表4 耐張絕緣子串安全距離校核結果

4）耐張絕緣子串組合間隙校核

根據(jù)耐張串等電位操作沖擊放電試驗及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對500kV STJ4桿塔耐張串的組合間隙進行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結果如表5中所示。

表5 耐張絕緣子串組合間隙校核結果

由表5的計算結果可知，STJ4桿塔的耐張串絕緣子配置可以滿足帶電作業(yè)安全距離的要求，即使在海拔1000m條件下，24片絕緣子串帶電作業(yè)組合間隙的帶電作業(yè)危險率也僅為 3.42×10-10。因此，使用沿耐張串進入等電位的方法是滿足帶電作業(yè)安全性要求的。

根據(jù)上述 STJ4桿塔安全距離和組合間隙的校核結果可知，在STJ4桿塔上進行帶電消缺作業(yè)是安全的。

5.2 STJ2轉角桿塔帶電消缺作業(yè)安全校核

1）引流線對側面塔身地電位人員安全距離校核

考慮引流線對側面塔身地電位人員放電，對500kV線路各相引流線的帶電作業(yè)安全距離進行校核?？紤]帶電作業(yè)時的人體占位0.5m。具體的計算結果如表6中所示。

根據(jù) STJ2桿塔的塔型設計，在除去人體占位0.5m后，STJ2塔中上相該位置的間隙距離為4.0m，中相該位置的間隙距離為7.5m，下相該位置的間隙距離為3.5m。由表6的計算結果可知，此種作業(yè)位置，STJ2桿塔的距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求。

表6 引流線對側面塔身地電位人員安全距離校核結果

2）引流線對其下方橫擔上地電位人員安全距離校核

考慮到作業(yè)人員在橫擔上移動時，可以采用俯身彎腰低頭等姿勢；在作業(yè)中，可以采用蹲姿作業(yè)，以降低人體占位高度。因此，在對作業(yè)人員與其上引流線安全距離校核時，按1.0m考慮人體活動范圍即可。針對該作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險率的計算結果如表7和表8中所示。

根據(jù) STJ2桿塔的塔型設計，在除去人體占位1.0m后，若引流線采用自然懸掛的架構方式，STJ2塔中第二層橫擔該位置的間隙距離為6.0m，第三層橫擔該位置的間隙距離為5.0m；若引流線采用跳線懸掛的架構方式，STJ2塔中第二層橫擔該位置的間隙距離為 5.8m，第三層橫擔該位置的間隙距離為4.8m。

表8 引流線對其下方橫擔上地電位人員安全距離校核結果（引流線采用跳串懸掛）

由表7的計算結果可知，STJ2桿塔引流線采取自然懸掛方式時，此種作業(yè)位置的安全距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求（人體在海拔1000m時第三層橫擔上作業(yè)的危險率為5.79×10-18）。

由表8的計算結果可知，STJ2桿塔引流線采取跳串懸掛方式時，此種作業(yè)位置的安全距離均滿足帶電作業(yè)的安全性要求（人體在在海拔1000m時第三層橫擔上作業(yè)的危險率為5.78×10-18）。

3）耐張絕緣子串安全距離校核

500kV輸電線路單片耐張絕緣子結構高度常用值為195cm和205cm，因此在校核中取單片耐張絕緣子結構高度為195cm。

根據(jù)耐張串等電位操作沖擊放電試驗及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對500kV STJ2桿塔耐張串的安全距離進行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結果如表9中所示。

表9 耐張絕緣子串安全距離校核結果

由表9的計算結果可知，STJ2桿塔的耐張串絕緣子配置可以滿足帶電作業(yè)安全距離的要求。

4）耐張絕緣子串組合間隙校核

根據(jù)耐張串等電位操作沖擊放電試驗及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對500kV STJ2桿塔耐張串的組合間隙進行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結果如表10中所示。

由表10的計算結果可知，STJ2桿塔的耐張串絕緣子配置可以滿足帶電作業(yè)安全距離的要求，即使在海拔1000m條件下，24片絕緣子串帶電作業(yè)組合間隙的帶電作業(yè)危險率為 3.42×10-10。因此，使用沿耐張串進入等電位的方法是滿足帶電作業(yè)安全性要求的。

表10 耐張絕緣子串組合間隙校核結果

根據(jù)上述 STJ2桿塔安全距離和組合間隙的校核結果可知，在STJ2桿塔上進行帶電消缺作業(yè)是安全的。

5.3 500kV輸電線路帶電消缺最小安全距離與組合間隙

計算在500kV輸電線路上進行引流板帶電消缺作業(yè)時最小安全距離與最小組合間隙，如表 11所示，為500kV線路進行帶電消缺作業(yè)提供理論依據(jù)。

表11 500kV輸電線路最小安全距離與組合間隙

6 結論

本文針對引流板帶電消缺作業(yè)的安全性，運用帶電作業(yè)間隙操作沖擊放電特性公式、氣象及海拔高度修正公式、帶電作業(yè)危險率計算公式進行了校核，得出了500kV桿塔引流板帶電消缺作業(yè)安全校核結果，為500kV輸電線路引流板帶電消缺工具的研制以及帶電作業(yè)提供了理論依據(jù)，對作業(yè)人員的安全提供了保證。

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[8]IEC 60071-2-1996, Insulation Coordination Part 2 Application Guide[s], 1996.

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