1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路帶電作業(yè)進入等電位方法

余波明，康宇斌，田 雁，唐 軍，謝 偉

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 淮安223001）

1 概述

1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路輸送容量大、占用走廊小、經(jīng)濟效益顯著。由圖1中1 000 kV交流常規(guī)線路和緊湊型線路的塔窗間隙所示，緊湊型線路的塔頭間隙比常規(guī)小，無疑增加了帶電作業(yè)的危險性［1，2］。

圖1 1 000 kV單回輸電線路窗口間隙圖

目前，國內(nèi)外針對1 000 kV交流緊湊型輸電線路帶電作業(yè)方面研究的主要對象集中在超高壓及以下的常規(guī)輸電線路［3－6］。文獻［7］、［8］對1 000 kV緊湊型輸電線路帶電作業(yè)典型工況進行了1∶1模擬塔窗試驗，根據(jù)帶電作業(yè)安全距離的放電特性，得到等電位作業(yè)人員最小安全距離。文獻［9］中規(guī)定了1 000 kV單回交流輸電線路帶電作業(yè)的技術(shù)要求，其中規(guī)定了帶電作業(yè)的最小組合間隙。文獻［10］測量了各典型作業(yè)位置的體表場強，通過試驗的方法得到1 000 kV常規(guī)輸電線路上帶電作業(yè)的安全防護要求。

綜上所述，國內(nèi)外針對1 000 kV交流緊湊型輸電線路帶電作業(yè)的研究主要集中在帶電作業(yè)最小安全距離的確定方面，雖然其進入等電位方法的研究很少，但是現(xiàn)有的研究結(jié)論和方法可以作為參考。

2 1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路帶電作業(yè)進入等電位路徑

輸電線路帶電作業(yè)進入等電位通常采用吊籃法、攀爬軟梯法和硬梯法，由于1 000 kV輸電線路電壓等級高，塔窗間隙較低、電壓等級大，因此采用硬梯法進入等電位對硬梯的絕緣長度要求較高，且不方便攜帶。本文通過計算吊籃法和攀爬軟梯法時，作業(yè)人員在幾個典型作業(yè)位置的組合間隙，得到適合該線路的進入等電位路徑。

2.1 選擇進入等電位路徑

1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路的塔窗間隙尺寸如圖2所示。

根據(jù)塔窗間隙尺寸，由于下相導線距離橫擔的距離大于上相導線，而且上兩相導線左右完全對稱，因此本文僅對進入上相右側(cè)導線等電位方法進行研究。

作業(yè)人員采用吊籃法和攀爬軟梯法進入等電位，各方法的三個典型工況如圖3和圖4所示。

圖2 1 000 kV交流緊湊型單回線路塔窗間隙尺寸

圖3 吊籃法進入等電位示意圖

圖4 攀爬軟梯法進入等電位示意圖

各典型工況的具體位置如表1所示。

表1 各典型工況的具體位置

2.2 計算組合間隙

根據(jù)文獻［8］和文獻［11］，作業(yè)人員通過絕緣子工具進入等電位時，應該滿足的最小組合間隙如表2所示，表中數(shù)值不包括人體占位間隙，作業(yè)中需考慮人體占位間隙不得小于0．5 m。

表2 最小組合間隙 單位：m

根據(jù)圖2的塔窗窗口間隙尺寸可知，右側(cè)上相導線距離右側(cè)塔體的最小距離為8．2 m。采用吊籃法進入上相導線的組合間隙為Sc1，Sc1＝S1＋S2。采用攀爬軟梯法進入上相導線的組合間隙Sc2，Sc2＝S1＋S2。

分別計算幾個典型工作位置的組合間隙，總結(jié)如表3和表4。

表3 組合間隙Sc1 單位：m

綜合上表結(jié)果，采用攀爬軟梯法，中間電位時的組合間隙大于采用吊籃法，因此進入上相導線采取攀爬軟梯的方法。

作業(yè)人員進入等電位過程應采取合理的安全保護措施，穿戴合適的安全屏蔽服。因此需要根據(jù)作業(yè)人員人體表面電場強度的大小，來選擇屏蔽效率合格的屏蔽服。本文采用仿真計算的方法獲取人體表面電場強度的大小分布。

3 1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路人體表面場強分布計算

3.1 有限元基本理論

在三維電場求解中，以標量電位Φ作為待求量，并配以正確的邊界條件作為定解條件。三維電場滿足的方程如下［12］

式中，Φ（x，y，z）為三維電場的標量電位；εr（x，y，z）為三個方向矢量上的相對介電常數(shù)；ε0為真空的介電常數(shù)；ρv（x，y，z）為體電位密度。

在Maxwell 3D的電場模塊中求解的是三維標量電位Φ，一旦標量電位值求解得到，可以由麥克斯韋方程組直接得到電場強度E和電位移矢量D，這兩個基本場量值可以由下式計算得到。

此外，電流密度J也可由三維標量電位Φ計算得到，如下式所示。

在三維電場中的激勵源和邊界條件與二維電場一致。

3.2 人體周圍場強仿真計算

本文在計算人體表面電場分布時，材料屬性定義方面，各部分所選取的主要材料如下，鐵塔定義為鋼，而導線定義為鋁。材料屬性定義如表5所示。

表5 材料屬性定義

仿真計算中人體模型的各部分參數(shù)為：人體總高度為170 cm，其中：頭部為圓球，半徑10 cm；頸部為圓柱，半徑8 cm，高7 cm；腰部為圓柱，半徑16 cm，高65 cm；腿部為圓柱，半徑10 cm，高80 cm。

考慮到作業(yè)人員可能出現(xiàn)的最危險的情況，仿真的人體采用兩手向外伸出的姿勢，并且在右側(cè)上相導線加載高電壓［12］。由于分裂導線的內(nèi)部不影響作業(yè)人員人體表面電場強度的分布，因此仿真計算時采用一根導線代替分裂導線。等效半徑的計算公式如下：

式中，req為等效半徑，mm；m為導線的分裂數(shù)；r為常數(shù)，r＝13．41；d為導線半徑，mm。

本文研究的1 000 kV交流緊湊型輸電線路的導線采用10分裂導線，導線直徑為300 mm，導線間距為400 mm。根據(jù)公式計算得到的等效半徑為284．84 mm。

建立與1 000 kV交流緊湊型輸電線路和人體的實體比例為1：1的三維模型。仿真計算作業(yè)人員在位置3時的人體表面電場強度，仿真計算結(jié)果如圖5所示。

圖5 人體周圍電場強度分布

根據(jù)仿真計算結(jié)果，作業(yè)人員各個部位電場強度大小如表6所示。根據(jù)表6中的結(jié)論可知曲率半徑小的部位電場強度較高，比如腿部、頭部、手尖。

表6 人體各個部位體表場強大小分布單位：kV／m

根據(jù)文獻［13］規(guī)定，交流線路帶電作業(yè)人員屏蔽服內(nèi)最大交流場強≤15 kV／m。屏蔽效率的計算公式如下：

式中，SE為屏蔽效率，dB；E1為屏蔽服裝表面電場強度，kV／m；E2為屏蔽服內(nèi)電場強度，kV／m。

根據(jù)計算公式，作業(yè)人員穿戴60 dB的屏蔽服，手尖處的場強大小為9．98 kV／m，則其他身體部位的電場強度均滿足屏蔽服內(nèi)≤15 kV／m的規(guī)定要求。因此，作業(yè)人員穿戴屏蔽效率為60dB的屏蔽服可以滿足進入1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路等電位的要求。

4 結(jié) 論

等電位作業(yè)人員采用攀爬軟梯法進入1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路上相導線過程中，不要將頭和手向外伸出，穿戴60 dB的屏蔽服可以滿足作業(yè)要求。