220 kV 多回路鋼管桿帶電作業(yè)新方法研究

周秀冬，蔣正龍，李波，方針，張紅先

(1. 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙410007;2. 國(guó)家電網(wǎng)輸變電設(shè)備防冰減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410007)

多回路鋼管桿塔在國(guó)外應(yīng)用比較普遍，近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)城市建設(shè)高速發(fā)展，用電負(fù)荷迅速增加，為節(jié)約線路走廊，新建線路大量采用多雙回路架設(shè)，鋼管桿由于其安全性、環(huán)保性等特點(diǎn)，在城市送電線路中被廣泛采用〔1-3〕。多雙回路停電往往非常困難，通常采用帶電作業(yè)的方式進(jìn)行檢修。但由于多回鋼管桿結(jié)構(gòu)緊湊，空氣間隙小，采用常規(guī)工具難以滿足作業(yè)要求。

1 多回路桿塔線路帶電作業(yè)新方法

針對(duì)以往220 kV 多雙回線路難以開(kāi)展帶電作業(yè)的情況，提出了2 種新的作業(yè)方法，并研制相應(yīng)的新工具。

(1)220 kV 多回直線鋼管桿帶電更換絕緣子的新工具

研制的220 kV 絕緣旋轉(zhuǎn)擺梯，主要由2 節(jié)2 300 mm 長(zhǎng)的絕緣梯、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、連接架、扣環(huán)、金屬接頭、抱環(huán)組成〔4〕。

(2)220 kV 輸電線路多回路鐵塔上使用帶電作業(yè)新工具

研制的帶電更換220 kV 輸電線路多回路雙分裂導(dǎo)線單串直線絕緣子工具，對(duì)聯(lián)板卡和橫擔(dān)卡具進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，適用于檔距小于1 000 m 的雙分裂導(dǎo)線線路(含小于5°的直線小轉(zhuǎn)角)〔4〕。

2 多回路桿塔線路帶電作業(yè)新方法的安全性分析

2.1 利用絕緣擺梯更換雙回直線鋼管桿絕緣子

對(duì)于某220 kV 雙回直線鋼管桿，中相與下相橫擔(dān)的垂直距離為5 900 mm，上相與中相橫擔(dān)垂直距離為6 200 mm，扣除U 型掛環(huán)、直角掛板、絕緣子、二聯(lián)板、碗頭掛板的長(zhǎng)度為3 047 mm，中相導(dǎo)線與下相橫擔(dān)之間的垂直距離約2 853 mm，上相導(dǎo)線與中相橫擔(dān)垂直距離為3 153 mm，作業(yè)人員進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)示意圖如圖1 所示。

圖1 作業(yè)人員進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)示意圖

由圖1 可知，上相與中相橫擔(dān)垂直距離大于中相與下相橫擔(dān)之間的垂直距離，若等電位作業(yè)更換中相絕緣子能夠保證安全，則相似方法對(duì)上相進(jìn)行作業(yè)同樣可以保證安全，只需考慮更換中相絕緣子時(shí)人員的安全距離。

2.1.1 地電位作業(yè)人員安全性分析

地電位作業(yè)人員從中相橫擔(dān)坐擺梯進(jìn)入，如圖1 所示?？紤]坐擺梯時(shí)人身高度為1 000 mm，進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)與上相導(dǎo)線最小距離出現(xiàn)在人剛好正對(duì)上相導(dǎo)線時(shí)，為2 153 mm。使用旋轉(zhuǎn)擺梯時(shí)，可使作業(yè)人員擺到橫擔(dān)外側(cè)，經(jīng)計(jì)算此時(shí)頭部與上相導(dǎo)線最小距離為2 806 mm。當(dāng)人對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)，沿?cái)[梯進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，人坐在擺梯上，腿是向下伸出的，考慮人腿向下伸出600 mm 的長(zhǎng)度。由圖1 可知，當(dāng)人剛好在中相橫擔(dān)外側(cè)時(shí)，對(duì)中相導(dǎo)線的組合間隙為腳下端與中相導(dǎo)線的最小距離。由于絕緣子長(zhǎng)度為2 240±30 mm，按照最嚴(yán)重的情況考慮其長(zhǎng)度為2 210 mm，當(dāng)腳下端不超過(guò)絕緣子碗頭部分，可以保證組合間隙大于2 100 mm。

人坐在擺梯上時(shí)，間隙系數(shù)主要由導(dǎo)線和橫擔(dān)構(gòu)架決定。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，上相導(dǎo)線對(duì)構(gòu)架的間隙系數(shù)為1.30，中相導(dǎo)線對(duì)上層構(gòu)架的間隙系數(shù)需要考慮絕緣子的影響，為1.30〔5-6〕。利用自編程序計(jì)算得到上相導(dǎo)線對(duì)構(gòu)架最小組合間隙距離為1 800 mm。

對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)的地電位人員安全性見(jiàn)表1 所示。

表1 地電位人員對(duì)中相作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)率

由表1 可知，對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，中相橫擔(dān)處擺梯上的地電位作業(yè)人員，可以保持腳底對(duì)中相導(dǎo)線2 100 mm 以上的距離，中相導(dǎo)線對(duì)人體間隙的危險(xiǎn)率最小值為5.84e-9，滿足帶電作業(yè)的要求〔7〕。上相導(dǎo)線與人體間隙最短時(shí)也能滿足危險(xiǎn)率小于1.99e-9，也能滿足要求。但是采用常規(guī)作業(yè)工具的時(shí)候，地電位人員相對(duì)上相線路的最小活動(dòng)范圍只剩下353 mm，最大活動(dòng)范圍也不超過(guò)1 006 mm，而采用旋轉(zhuǎn)擺梯把人擺到橫擔(dān)外側(cè)時(shí)，最小的活動(dòng)范圍可達(dá)1 006 mm，作業(yè)間隙距離十分寬裕，能更好地保證安全。

2.1.2 中相導(dǎo)線等電位作業(yè)人員安全性分析

將長(zhǎng)度合適的絕緣硬梯綁扎固定在中相導(dǎo)線下方垂直距離為400～600 mm 的鋼管桿身上，在等電位操作過(guò)程中人體短接絕緣子長(zhǎng)度控制在300 mm以下，或盡量不短接絕緣子長(zhǎng)度，由于絕緣子長(zhǎng)度為2 240±30 mm，則能與中相橫擔(dān)地電位保證至少1 910 mm 的距離。人體橫向占位500 mm，則對(duì)桿身的距離可達(dá)4 800 mm。考慮人體坐在擺梯上身長(zhǎng)1 000 mm，則當(dāng)人到達(dá)中相導(dǎo)線正下方時(shí)，經(jīng)計(jì)算具有最小的組合間隙距離2 514 mm。

等電位人員對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)的安全性見(jiàn)表2 所示〔7〕:

表2 等電位人員對(duì)中相導(dǎo)線帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率

由表2 可知，對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，等電位人員所處間隙的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率由人對(duì)中相橫擔(dān)的間隙水平?jīng)Q定，為1.90e-7，而對(duì)于下相橫擔(dān)和桿身的危險(xiǎn)率都遠(yuǎn)小于1.0e-5。表中的分析是基于短接絕緣子長(zhǎng)度300 mm 時(shí)計(jì)算的，按照前面計(jì)算得到的最小組合間隙距離1 800 mm 考慮，能夠短接的絕緣子最長(zhǎng)不能超過(guò)410 mm。所以對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行等電位帶電作業(yè)時(shí)，要盡量控制短接的絕緣子長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)或盡量不短接絕緣子。

2.2 地電位更換220 kV 多回路桿塔雙分裂導(dǎo)線絕緣子

針對(duì)雙回共桿的雙分裂導(dǎo)線線路無(wú)地電位帶電作業(yè)研制的新型工器具很好地解決了此問(wèn)題。

該工器具由橫擔(dān)卡Ⅰ/橫擔(dān)卡Ⅱ、連板卡、卡具鉤、導(dǎo)線鉤、2 根絲桿、2 塊絕緣拉板組成。

新工具進(jìn)行雙分裂導(dǎo)線的地電位帶電作業(yè)人員作業(yè)點(diǎn)分布如圖2 所示。

圖2 雙分裂導(dǎo)線地電位作業(yè)示意圖

桿塔的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖2 所示，雙分裂導(dǎo)線間距為400 mm。根據(jù)圖2 可知，上相與中相橫擔(dān)垂直距離大于中相與下相橫擔(dān)之間的垂直距離，對(duì)中相作業(yè)的時(shí)候由圖2 中的人A 和人B 進(jìn)行，對(duì)下相導(dǎo)作業(yè)的時(shí)候由人C 和下桿身合適位置的人進(jìn)行?？紤]人坐著的時(shí)候上身高度為1 000 mm，腳向下伸出600 mm，人體橫向占位500 mm。中相橫擔(dān)上的人A 距離上相導(dǎo)線的最近距離為2 153 mm。經(jīng)計(jì)算，下相橫擔(dān)上的人C 距離中相導(dǎo)線的最近距離為2 384 mm。即中相橫擔(dān)上的人距離上線導(dǎo)線的間隙較短，只要對(duì)中相進(jìn)行作業(yè)(人A 和人B 參加的作業(yè))能夠保證安全，則對(duì)下相和上相的作業(yè)都能保證安全。下面的分析針對(duì)中相雙分裂導(dǎo)線進(jìn)行。

2.2.1 中相橫擔(dān)作業(yè)人員A 安全性分析

中相橫擔(dān)上的地電位作業(yè)人員A 與上相導(dǎo)線最小距離出現(xiàn)在人處在上相雙分裂導(dǎo)線對(duì)中相橫擔(dān)的投影范圍內(nèi)時(shí)，為2 153 mm。當(dāng)作業(yè)人員移動(dòng)到橫擔(dān)外沿的時(shí)候，此時(shí)頭部與上相導(dǎo)線最小距離為2 682 mm?？紤]人坐在橫擔(dān)上腿向下伸出600 mm的長(zhǎng)度，由圖2 可知，當(dāng)人剛好在中相橫擔(dān)外側(cè)時(shí)，對(duì)中相導(dǎo)線的組合間隙為人員的腳下端與中相導(dǎo)線的最小距離。由于絕緣子長(zhǎng)度為2 240±30 mm，按照最嚴(yán)重的情況考慮其長(zhǎng)度為2 210 mm，只要腳下端不超過(guò)絕緣子碗頭部分，就可以保證組合間隙為2 100 mm 以上。

對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)的地電位人員安全性見(jiàn)表3。

表3 地電位人員A 在中相作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)率

由表3 可知，對(duì)中相雙分裂導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，中相橫擔(dān)處的地電位作業(yè)人員，可以保持腳底對(duì)中相導(dǎo)線2 100 mm 以上距離，中相導(dǎo)線對(duì)人體間隙的危險(xiǎn)率最大值為5.84e-9，滿足帶電作業(yè)要求。上相導(dǎo)線與人體間隙為最短的時(shí)候危險(xiǎn)率最大值為1.99e-9，也能滿足要求。地電位人員A 對(duì)上相線路的最小活動(dòng)范圍只剩下353 mm，最大活動(dòng)范圍不超過(guò)882 mm。地電位人員A 作業(yè)時(shí)需要注意上身活動(dòng)伸展高度不能過(guò)大。

2.2.2 中相導(dǎo)線桿身地電位人員B 安全性分析

地電位人員B 橫向占位500 mm，對(duì)中相導(dǎo)線的最小間隙距離4 600 mm，滿足帶電作業(yè)的安全要求。

由上面的計(jì)算結(jié)果和表3 可知，采用地電位作業(yè)方式對(duì)中相雙分裂導(dǎo)線進(jìn)行絕緣子更換等帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率由中相橫擔(dān)的地電位作業(yè)人員A 的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率決定，為1.99e-9，滿足安全要求。

2.3 2 種新工具結(jié)合的地電位作業(yè)

通過(guò)比較上述2 套新工具應(yīng)用于帶電作業(yè)的安全性分析可知，絕緣擺梯法和專(zhuān)用卡具的地電位法結(jié)合起來(lái)具有更好的安全性。

采用絕緣擺梯對(duì)中相導(dǎo)線進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，帶電作業(yè)危險(xiǎn)率由等電位人員所處間隙(即中相作業(yè)處導(dǎo)體、人和中相橫擔(dān)地電位的間隙水平)決定，為1.90e-7。采用地電位對(duì)雙分裂導(dǎo)線中相進(jìn)行的作業(yè)帶電作業(yè)危險(xiǎn)率由中相橫擔(dān)的地電位作業(yè)人員A 所處的間隙，即上相導(dǎo)線—人間隙的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率決定，為1.99e-9。兩者結(jié)合采用地電位作業(yè)，地電位人員B 的位置不變，地電位人員A由旋轉(zhuǎn)絕緣擺梯擺到中相橫擔(dān)外側(cè)，帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率由中相導(dǎo)線對(duì)地電位人員A 的間隙距離決定，其危險(xiǎn)率最大為5.84e-9，當(dāng)把地電位人員A 擺到中相橫擔(dān)以外的時(shí)候，帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率遠(yuǎn)小于5.84e-9，最小達(dá)2.26e-14。

3 結(jié)論

1)經(jīng)理論計(jì)算，上述2 套新工具進(jìn)行相應(yīng)的帶電作業(yè)，帶電作業(yè)危險(xiǎn)率可以控制在1.90e-7以下，能夠保證作業(yè)安全。

2)220 kV 絕緣旋轉(zhuǎn)擺梯的應(yīng)用，解決220 kV多回線路鋼管桿等(地)電位進(jìn)入作業(yè)點(diǎn)的難題，實(shí)現(xiàn)了更換多回路鋼管桿直線絕緣子的帶電作業(yè)。

3)利用220 kV 輸電線路多回路雙分裂導(dǎo)線單串直線絕緣子工具采用地電位作業(yè)方式對(duì)中相雙分裂導(dǎo)線進(jìn)行絕緣子更換的危險(xiǎn)率由中相橫擔(dān)的地電位作業(yè)人員A 的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率決定，為1.99e-9，滿足安全性要求。

4)旋轉(zhuǎn)絕緣擺梯和專(zhuān)用橫擔(dān)卡具結(jié)合起來(lái)，采用地電位作業(yè)，比單獨(dú)采用某套工具作業(yè)的情形具有更好的安全性，其帶電作業(yè)危險(xiǎn)率遠(yuǎn)小于5.84e-9，最小達(dá)2.26e-14。

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