那曲高海拔地區(qū)110 kV 輸電線路帶電作業(yè)可行性分析

呂 鑫，吳 健，朱麗君，馬秀林

（1.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司那曲供電公司，西藏 那曲 852000；2.臺(tái)州宏達(dá)電力建設(shè)有限公司臺(tái)州市開(kāi)發(fā)區(qū)運(yùn)檢分公司，浙江 臺(tái)州 318000）

0 引言

隨著電網(wǎng)不斷發(fā)展，帶電作業(yè)已成為提高供電可靠性的重要手段[1]。近年來(lái)的多項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果表明，海拔越高，空氣越稀薄，放電越容易，放電電壓越低[2]，因此高海拔地區(qū)架空輸電線路絕緣配置與低海拔地區(qū)相差很大[3]。DL/T 1634—2016《高海拔地區(qū)輸電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)1 000～4 500 m 海拔帶電作業(yè)有詳細(xì)規(guī)定，對(duì)4 500～5 000 m 海拔范圍帶電作業(yè)沒(méi)有說(shuō)明和相關(guān)安全距離規(guī)定[4]。4 500～5 000 m 海拔輸電線路帶電作業(yè)既沒(méi)有參考文獻(xiàn)，也沒(méi)有相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于停電作業(yè)極大地影響輸電線路供電可靠性，帶電作業(yè)是電網(wǎng)運(yùn)維檢修大趨勢(shì)，所以研究4 500～5 000 m 高海拔地區(qū)帶電作業(yè)可行性很有必要。

1 那曲地區(qū)帶電作業(yè)影響因素分析

1.1 環(huán)境因素

那曲地區(qū)位于西藏西北部，總面積達(dá)45 萬(wàn)km2，海拔均在4 450 m 以上，高寒缺氧，氣候干燥，氧氣濃度為內(nèi)地的50%左右[5]。那曲地區(qū)空氣稀薄、密度較小，電氣強(qiáng)度下降，需要做好驗(yàn)算工作。

1.2 設(shè)備因素

那曲電力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前110 kV 主網(wǎng)架初具規(guī)模，共有110 kV 變電所13 座，線路2 400 km，輸電線路所在地區(qū)海拔4 000～5 000 m。在內(nèi)地110 kV 輸電線路帶電作業(yè)方法非常成熟[6-7]，但是沒(méi)有4 500～5 000 m 高海拔帶電作業(yè)先例參考。

1.3 工器具因素

雖然那曲地區(qū)未開(kāi)展過(guò)高海拔帶電作業(yè)，但是國(guó)際、國(guó)內(nèi)有關(guān)110～500 kV 帶電作業(yè)的配套工器具已經(jīng)非常成熟，可以借鑒[8]。

1.4 安全距離因素

《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)（西藏電網(wǎng)110～500 kV 輸電線路分冊(cè)）》中所有桿塔都考慮了帶電作業(yè)間隙，其中4 500～5 000 m 海拔帶電作業(yè)考慮值為1.9 m[9]，但沒(méi)有相關(guān)計(jì)算說(shuō)明和實(shí)踐驗(yàn)證。

2 帶電作業(yè)案例分析

以那曲地區(qū)德聶Ⅰ線作為目標(biāo)線路，計(jì)算分析帶電作業(yè)可行性。

2.1 線路概況

110 kV 德聶Ⅰ線起始于那曲德吉開(kāi)關(guān)站，終止于聶榮變電站，全長(zhǎng)85 km，海拔4 000～5 000 m，桿塔型式以直線塔型1×2-ZBC2 和耐張塔型1×2-JBC1 為主，絕緣子片數(shù)按照耐張塔14 片、直線塔13 片配置。

那曲地區(qū)桿塔主力直線塔型1×2-ZBC2（見(jiàn)圖1），絕緣配置為13 片146 mm 絕緣子；那曲地區(qū)桿塔主力耐張塔型1×2-JBC1（見(jiàn)圖2），絕緣配置為14 片146 mm 絕緣子。

2.2 安全距離驗(yàn)算

2.2.1 帶電作業(yè)安全距離

帶電作業(yè)的安全距離是帶電作業(yè)人員與帶電設(shè)備保持的最小安全距離，考慮最大過(guò)電壓來(lái)確定最小安全距離，然后加以修正[10]，本文根據(jù)GB/T 19815—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》[11]計(jì)算帶電作業(yè)安全距離。

圖1 直線塔型1×2-ZBC2

圖2 耐張塔型1×2-JBC1

根據(jù)GB/T 19815—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》，考慮帶電作業(yè)停用重合閘，系統(tǒng)直接接地，110 kV 系統(tǒng)相對(duì)地2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓倍數(shù)ke值取3.0，相間2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓倍數(shù)kp=1.33ke+0.4=4.39。

（1）作業(yè)位置的統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓U2%

相間2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓：

式中：Um為正常運(yùn)行條件下系統(tǒng)中出現(xiàn)的最高運(yùn)行電壓有效值（相間），取Um=126 kV。

相對(duì)地2%統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓：

（2）絕緣間隙的統(tǒng)計(jì)耐受電壓U90%

不同海拔高度和U90%值的海拔修正系數(shù)k 取值見(jiàn)表1。

表1 不同海拔高度和U90%值的海拔修正系數(shù) k

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，取400～599 kV 范圍，采用最小二乘法擬合，得到3 000～5 000 m 海拔擬合修正系數(shù)ka，見(jiàn)表2。

表2 海拔3 000～5 000 m 地區(qū)的海拔擬合修正系數(shù) ka

由于那曲地區(qū)海拔基本在5 000 m 及以下，為適應(yīng)大部分地區(qū)，取ka=0.621。

絕緣間隙的統(tǒng)計(jì)耐受電壓：

式中：ks為統(tǒng)計(jì)安全系數(shù)，取常用參考值1.1。

最小電氣安全距離DUx（取綜合系數(shù)kt=1）為：

相對(duì)地絕緣間隙的統(tǒng)計(jì)耐受電壓：

最小電氣安全距離DUd（取綜合系數(shù)kt=1）：

（3）最小安全距離

考慮到帶電作業(yè)時(shí)人盡量活動(dòng)范圍小并留有足夠裕度，人的活動(dòng)范圍DE取0.5 m。

相間最小安全距離：

相對(duì)地最小安全距離：

最小組合間隙（中間電位導(dǎo)體影響系數(shù)kf取1.2，中間電位導(dǎo)體占位長(zhǎng)度F取0.5 m）：

2.2.2 國(guó)外高原系數(shù)取值

按照美國(guó)、日本相關(guān)試驗(yàn)，海拔修正以海拔每升高100 m，放電電壓平均下降1%[12]，那曲地區(qū)輸電線路海拔4 000～5 000 m，取最高5 000 m，則系數(shù)值K=40%。

2.2.3 110 kV 輸電線路帶電作業(yè)參數(shù)對(duì)比取值

海拔1 000 m 及以下各參數(shù)值根據(jù)DL 5009.2—2013《電力建設(shè)安全工作規(guī)程 第2 部分：電力線路》按照取高原則取值[13]，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3—表9。

表3 人身裸露部分與帶電體最小安全距離 H1

表4 絕緣操作桿最小有效絕緣長(zhǎng)度 H2

表5 絕緣承力工具、絕緣繩索最小有效絕緣長(zhǎng)度 H3

表6 等電位作業(yè)與鄰相最小安全距離 H4

表7 最小組合間隙 H5

2.2.4 帶電作業(yè)危險(xiǎn)率計(jì)算

帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率是能否開(kāi)展帶電作業(yè)的關(guān)鍵指標(biāo)[14]，國(guó)內(nèi)常用的危險(xiǎn)率計(jì)算方法有統(tǒng)計(jì)法和慣用法[15]，我們用兩種方法分別計(jì)算校驗(yàn)。

表8 等電位作業(yè)人員對(duì)地安全距離 H6

表9 人體裸露部分與帶電體安全距離 H7

（1）統(tǒng)計(jì)法

桿塔絕緣間隙的50%放電電壓：

海拔4 000～5 000 m 相間取kg=1.45，D=2.38 m，即：

相對(duì)地取kg=1.2，D=1.93 m，即：

帶電作業(yè)危險(xiǎn)率：

式中：P0（U）為操作過(guò)電壓幅值為U 的概率密度函數(shù)；Pd（U）為空氣間隙在幅值為U 的操作過(guò)電壓下?lián)舸┑母怕屎瘮?shù)。

式中：Ua為操作過(guò)電壓平均值；σ0為過(guò)電壓的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，取5%或試驗(yàn)值。

式中：σd為空氣間隙放電電壓相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，取σd=5%。

式中：過(guò)電壓相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差[σ0]取12%。

則帶電作業(yè)危險(xiǎn)率分別為：

根據(jù)GB/T 18037 規(guī)定，可接受的危險(xiǎn)率水平應(yīng)小于1×10-5，以上兩個(gè)計(jì)算結(jié)果均為離散無(wú)限趨近于0，遠(yuǎn)小于1×10-5，滿足帶電作業(yè)要求。

（2）慣用法

確定系統(tǒng)最大過(guò)電壓U0max，系統(tǒng)操作過(guò)電壓倍數(shù)K0取3.0，電壓升高系數(shù)Kr取1.15，系統(tǒng)額定電壓（有效值）UH取110 kV。

安全裕度系數(shù)A 取1.2，計(jì)算絕緣最低耐受強(qiáng)度：

2.2.5 桿塔設(shè)備校驗(yàn)

（1）直線塔型1×2-ZBC2，絕緣配置為13 片146 mm 絕緣子

地電位作業(yè)時(shí)：取絕緣子串配套金具長(zhǎng)度150 mm，此時(shí)作業(yè)人員在桿塔橫擔(dān)上對(duì)邊相作業(yè)時(shí)，H=（13×146+150）mm=2 048 mm＞H1＆H2；地電位作業(yè)人員位于橫擔(dān)下方與導(dǎo)線平行處對(duì)邊相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，H=3 050 mm＞H1＆H2；地電位作業(yè)人員位于橫擔(dān)下方與導(dǎo)線平行處對(duì)中相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，H=2 450 mm＞H1＆H2；均滿足帶電作業(yè)安全距離要求。

等電位作業(yè)時(shí)：作業(yè)人員等電位邊相作業(yè)時(shí)，與橫擔(dān)距離（人體不超過(guò)第一片瓷瓶）H=（13×146）mm=1 898 mm＞H6，與中相導(dǎo)線距離6 700 mm＞H4；等電位作業(yè)人員位于中相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，與橫擔(dān)距離1 898 mm＞H6，與邊相導(dǎo)線距離6 700 mm＞H4，與塔身平行距離2 450 mm＞H6＆H5；均滿足帶電作業(yè)安全距離要求。

（2）耐張塔型1×2-JBC1，絕緣配置為14 片146 mm 絕緣子

地電位作業(yè)時(shí)：取絕緣子串配套金具長(zhǎng)度200 mm，此時(shí)作業(yè)人員在桿塔橫擔(dān)上對(duì)邊、中相作業(yè)時(shí)，H=（14×146+200）mm=2 244 mm＞H1＆H2；地電位作業(yè)人員位于橫擔(dān)下方與跳線最低點(diǎn)平行處對(duì)邊相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，H=2 870 mm＞H1＆H2；地電位作業(yè)人員位于橫擔(dān)下方與跳線最低點(diǎn)平行處對(duì)中相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，H=3 300 mm＞H1＆H2；均滿足帶電作業(yè)安全距離要求。

等電位作業(yè)時(shí)：作業(yè)人員等電位邊相作業(yè)時(shí)，與橫擔(dān)距離（人體不超過(guò)第一片瓷瓶）H=（14×146）mm=2 044 mm＞H6，與中相導(dǎo)線距離7 300 mm＞H4；等電位作業(yè)人員位于中相導(dǎo)線帶電作業(yè)時(shí)，與橫擔(dān)距離2 044 mm＞H6，與邊相導(dǎo)線距離7 300 mm＞H4；均滿足帶電作業(yè)安全距離要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在那曲高海拔地區(qū)，還未有4 000～5 000 m海拔帶電作業(yè)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文分析了影響帶電作業(yè)的主要因素，進(jìn)行了多種方法的帶電作業(yè)安全距離校驗(yàn)以及實(shí)際工況設(shè)備的帶電作業(yè)校驗(yàn)，結(jié)果均表明在控制好安全距離的前提下，可以開(kāi)展110 kV 地電位和等電位帶電作業(yè)。本文僅在技術(shù)層面探討了那曲地區(qū)4 000～5 000 m 高海拔開(kāi)展110 kV 輸電線路帶電作業(yè)的可行性，那曲地區(qū)因?yàn)榄h(huán)境惡劣，實(shí)際開(kāi)展帶電作業(yè)有諸多困難，尚需進(jìn)行深入研究。