500kV交流輸電線路帶電裝拆雷器技術(shù)研究

沈楊　余祥勇　陳康

摘 要：目前，避雷器在500KV超高壓交流輸電線路防雷方面具有廣泛的應(yīng)用，而避雷器會不可避免的產(chǎn)生缺陷故障，因此合理、高效、安全的裝拆避雷器技術(shù)有著重要的應(yīng)用價值。本文對比分析了當(dāng)前國內(nèi)主流的更換避雷器方法，對其優(yōu)缺點進(jìn)行說明，并提出帶電裝拆避雷器的方法，就帶電裝拆避雷器技術(shù)做出闡述，分析其安全可行性和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：避雷器；帶電裝拆；500kV輸電線路

我國地區(qū)地貌復(fù)雜多樣，特高壓輸電線路不可避免的處于高土壤電阻率、多雷區(qū)、山脊、山坡迎風(fēng)面等容易受到雷擊的地區(qū)[1]。從安徽省的特高壓電網(wǎng)可以看出，雷擊事故已成為近幾年來影響輸電線路正常運作的最主要事故形式。為了降低因雷擊引起的故障跳閘概率，近年來國網(wǎng)安徽省電力公司對省內(nèi)途徑山區(qū)、雷害嚴(yán)重區(qū)的500kV超高壓交流輸電線路采取了分批加裝線路避雷器措施。

避雷器是用于避免雷電災(zāi)害事故的裝置，在高電位設(shè)備和零電位中間連接，和需要被保護(hù)的設(shè)備并行連接。它可以保護(hù)設(shè)備，使其在正常工作條件下運作。在設(shè)備正常運作時，避雷器等效于開路，不會造成影響；當(dāng)出現(xiàn)高壓危害時，避雷器將高電壓，大電流和大地之間形成回路，從而保護(hù)設(shè)備。當(dāng)高電壓過后，避雷器可以返回原來的工作狀況，設(shè)備正常運行。輸電線路避雷器（多指氧化鋅避雷器）是一種性能優(yōu)異的過電壓保護(hù)設(shè)備，尤其是安裝在雷電活動頻繁、土壤電阻率較大、巡線困難的山區(qū)，可大幅降低架空輸電線路的雷害事故率，該項措施對降低雷擊事故災(zāi)害作用突出。

然而由于避雷器本身設(shè)計、制造工藝水平以及安裝施工過程中的質(zhì)量難以保障等因素，架空輸電線路避雷器在長期運行過程中將會不可避免的出現(xiàn)缺陷或故障隱患，出現(xiàn)影響線路正常運行的危急隱患避雷器必須及時進(jìn)行裝拆處理，否則隱患進(jìn)一步演變將可能造成線路故障或事故擴大化[2-4]。下面就現(xiàn)有裝拆避雷器方法進(jìn)行說明。

1 裝拆避雷器方法研究現(xiàn)狀

1.1 采用跌落式避雷器

跌落式避雷器是將避雷器改裝后巧妙地安裝在跌落式熔斷器的跌落式架構(gòu)上，可以借助絕緣拉閘桿方便地對避雷器進(jìn)行裝拆，檢測，維修與更換。跌落式避雷器拆除較為方便，解決了原避雷器更換時需要拉閘斷電的情況，并提高了電網(wǎng)的安全供電可靠性，減少了用戶停電，免除了日常維修工作量，可帶電更換，給電力線路的檢修和維護(hù)帶來了很大的便利條件，多用于低壓配網(wǎng)中；而在高壓輸電線路應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，跌落式避雷器安裝在桿塔上方，而桿塔離地面較高，避雷器周圍金具線路密集，空間狹窄，在裝拆過程中，耗費時間較長。跌落直接造成避雷器損壞，易引起其他危險，在500kV交流輸電線路中不具備使用的條件和應(yīng)用價值。

1.2 停電檢修避雷器

該種方法為目前最常用的高壓輸電線路更換避雷器的方法。該方法需提前將高低壓桿塔全部斷電，驗電并裝設(shè)地線，在確保安全的情況下由工作人員登塔進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)完成后再拆除地線恢復(fù)供電，該種方法適用范圍廣；但根據(jù)經(jīng)驗，500kV系統(tǒng)停電檢修一次耗時約10h，作為主干網(wǎng)絡(luò)，停一次電僅彌補電網(wǎng)停電檢修的直接損失至少達(dá)百萬元以上，給社會經(jīng)濟(jì)造成的損失更是不可估量。因此有必要對500KV線路避雷器裝拆技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

為了保證主網(wǎng)絡(luò)可靠運行，減少停電損失及風(fēng)險，國網(wǎng)公司明確提出：在對500kV輸電骨干網(wǎng)架線路缺陷檢修時嚴(yán)格按照“能帶不?！钡囊髨?zhí)行；帶電檢修作業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展，廣泛應(yīng)用于保證電力資源可靠供應(yīng)，具備廣闊的應(yīng)用前景。目前，關(guān)于帶電作業(yè)的相關(guān)研究較多，但帶電裝拆避雷器作業(yè)研究國內(nèi)外還尚未涉及。針對當(dāng)前檢修裝拆避雷器的需要，本文對帶電裝拆避雷器的技術(shù)進(jìn)行研究。

2 帶電裝拆避雷器技術(shù)研究

2.1 技術(shù)說明

帶電拆除避雷器技術(shù)：通過消弧繩控制繩索保證避雷器與帶電導(dǎo)體緊密接觸狀態(tài)下，等電位檢修人員首先從帶電導(dǎo)線下方處鐵塔上通過絕緣軟梯擺入帶電導(dǎo)線下方位置，然后通過絕緣軟梯下端控制繩索使絕緣軟梯處于與避雷器下端絕緣子位置上，等電位檢修人員再經(jīng)由絕緣軟梯攀爬至一定距離，迅速進(jìn)入等電位，操作人員拆除避雷器與聯(lián)板間的連接后，遠(yuǎn)離拆除現(xiàn)場一定距離，再配合地面人員拆除避雷器。

帶電安裝避雷器技術(shù)：塔上電工（500kV線路上穿好防靜電服）攜帶個人工具包、所需滑輪、絕緣繩和絕緣繩套，相繼登塔至橫擔(dān)合適位置，系好安全帶，將所攜帶的滑輪、絕緣繩和絕緣繩套選擇適合作業(yè)的位置裝好，將絕緣梯架、軟梯掛接在合適位置，地面電工與塔上電工配合，起吊安裝好避雷器上端，等電位電工與塔上電工配合將避雷器下端與導(dǎo)線連接，配合起吊安裝好避雷器計數(shù)器及連接線，檢查安裝情況，按照拆除技術(shù)中的方式退出至電場安全區(qū)域。

2.2 技術(shù)安全性分析

以安徽省500kV山瀝線桿塔作為研究對象，避雷器型號為YH20CX1-396/1050。YH20CX1-396/1050型線路避雷器長度為1558mm，上下兩部分通過掛板連接。避雷器全長為3281mm與2350mm長的復(fù)合絕緣子相接，并和計數(shù)器相連接。為充分貼合實際情況，采用Solidworks軟件進(jìn)行三維等比例建模，并通過ansys軟件進(jìn)行仿真，采用諧響應(yīng)法分實部、虛部加載電壓，并通過有限元法計算，最后通過合成得到所需要的電壓、電位參數(shù)。

由相關(guān)分析得到，在穿戴好防護(hù)服，嚴(yán)格遵守帶電作業(yè)的規(guī)程規(guī)范前提下，按照預(yù)定路線進(jìn)出電場，并且迅速將金屬板脫離帶電導(dǎo)體至少40cm距離，能有效防止間隙擊穿，在拆除避雷器過程中，金屬板表面可能產(chǎn)生電暈，但不會引起空氣間隙擊穿。

2.3 燃弧分析

電弧是一種氣體游離放電現(xiàn)象，由于場強足夠高，氣體發(fā)生自持放電而形成等離子體[5]。當(dāng)電源提供較大功率的電能時，兩極間氣體或金屬蒸氣中可持續(xù)通過較強的電流（幾安至幾十安），產(chǎn)生劇烈的發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象，這就是電弧放電。電弧對帶電工作人員危害極大[6]?？僧a(chǎn)生燒傷，燒傷是指由于電弧高熱物質(zhì)而引起的一種急性皮膚損傷。按燒燙傷深度可分為一度燒燙傷、二度燒燙傷、三度燒燙傷[7]。對人體造成危害，電弧本身還容易產(chǎn)生電流，導(dǎo)致人體的觸電危險[8]。

開關(guān)電器（如斷路器）在開斷電流過程中，往往形成開關(guān)電弧。在線路中，導(dǎo)體部件之間由于絕緣破壞或?qū)щ娺B接問題也可能形成故障電弧，危害線路安全運行[9]。電弧的形成首先要開斷電流的通路，其次要求間隙中場強（電位差）足夠大，才能產(chǎn)生強電場發(fā)射。在進(jìn)行帶電拆除作業(yè)的鐵塔中，避雷器和聯(lián)板之間串聯(lián)有復(fù)合絕緣子串與連接金屬板，在正常工作情況（即拆除前狀態(tài)）下，分裂導(dǎo)線聯(lián)板與金屬板上不存在傳導(dǎo)電流，所以在拆除過程中不會產(chǎn)生電弧。

3 總結(jié)與展望

（1）現(xiàn)有的停電檢修避雷器和采用跌落式避雷器等避雷器裝拆技術(shù)在低壓電網(wǎng)中可以使用，但在500KV超高壓輸電線路上不太適用。

（2）采用等電位作業(yè)的方式，按照特定的方式進(jìn)出電場的避雷器帶電裝拆技術(shù)具有較強可行性，且減少經(jīng)濟(jì)損失，具備廣泛的社會經(jīng)濟(jì)應(yīng)用價值。

（3）在穿戴好防護(hù)服，嚴(yán)格遵守帶電作業(yè)的規(guī)程規(guī)范前提下，迅速將金屬板脫離帶電導(dǎo)體至少40cm距離，能有效防止間隙擊穿，在作業(yè)過程中金屬板表面可能產(chǎn)生電暈，但不會引起空氣間隙擊穿和電弧的產(chǎn)生，滿足相關(guān)安全性的要求。

（4）帶電操作人員進(jìn)入工作環(huán)境和拆離避雷器后離開工作場景的規(guī)程規(guī)范和方法是今后需要重點研究的方向。本文供廣大研究學(xué)者研究帶電拆除避雷器方向打下了基礎(chǔ)，提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1.國網(wǎng)安徽省電力公司；2.武漢大學(xué)）