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(guó)電力事業(yè)的飛速發(fā)展，各電壓等級(jí)輸電線路和用電客戶數(shù)量迅速增加，線路負(fù)荷也大幅增長(zhǎng)。輸電線路長(zhǎng)期暴露在戶外，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，使得線路設(shè)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(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題之一。在線路滿負(fù)荷運(yùn)行情況下，耐張線夾引流板發(fā)熱問(wèn)題尤其突出，如不及時(shí)消除，會(huì)影響線路正常負(fù)荷的輸送，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生熔斷引流線的事故。為生產(chǎn)實(shí)際需要，嘉興電力局應(yīng)浙江省電力公司要求，根據(jù)其所轄的500kV輸電線路特點(diǎn)，采用理論分析、試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)相結(jié)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(xiàng)目的特殊性，作業(yè)人員進(jìn)入作業(yè)位置的過(guò)程可能與常規(guī)帶電作業(yè)有所差異，因此有必要對(duì)典型桿塔上引流板帶電消缺作業(yè)過(guò)程中可能面對(duì)安全距離和組合間隙進(jìn)行校核，以保證作業(yè)人員的安全。

本文在對(duì)收集到的500kV線路桿塔資料進(jìn)行分析之后，再根據(jù)實(shí)際塔型和尺寸，通過(guò)計(jì)算，得到開展引流板帶電消缺作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員的作業(yè)間隙及作業(yè)險(xiǎn)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(jìn)入方式的組合間隙。

1）確定各電壓等級(jí)桿塔的典型帶電作業(yè)位置及進(jìn)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(jí)桿塔十分相近，以往帶電作業(yè)研究的同等電壓等級(jí)桿塔的試驗(yàn)研究結(jié)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(jì)算各電壓等級(jí)桿塔間隙的操作沖擊50%放電電壓值，并進(jìn)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(jié)果，計(jì)算各典型作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率，依據(jù)相應(yīng)危險(xiǎn)率的計(jì)算結(jié)果，對(duì) 500kV線路桿塔的作業(yè)間隙及進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)的途徑進(jìn)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(guò)電壓絕緣特性的經(jīng)驗(yàn)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(yīng)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(jié)構(gòu)的操作沖擊放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算求取其間隙系數(shù) K，得出該帶電作業(yè)間隙結(jié)構(gòu)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(yàn)數(shù)據(jù)，均已經(jīng)按 GB/T 16927.1—1997《高電壓試驗(yàn)技術(shù)第一部分：一般試驗(yàn)要求》修正為標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，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(guān)的系數(shù)。為滿足工程實(shí)際需求，進(jìn)行了海拔1000m的校正。

4 帶電作業(yè)危險(xiǎn)率計(jì)算

在帶電作業(yè)中，通常將絕緣破壞的概率稱為危險(xiǎn)率。設(shè)系統(tǒng)操作過(guò)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(xiǎn)率（國(guó)家規(guī)定：R0＜1.0×10-5）可由下式計(jì)算求得：

式中，P0(u)為操作過(guò)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(guò)電壓下?lián)舸┑母怕史植己瘮?shù)，分別為

式中，um為操作過(guò)電壓平均值（kV）；σ0為操作過(guò)電壓的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)偏差（kV）。

運(yùn)用上述數(shù)學(xué)模型可編制計(jì)算程序，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算相應(yīng)的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率，在計(jì)算中，系統(tǒng)相對(duì)地最大操作過(guò)電壓 U0.13取 2.18p.u.，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差取為 12%，操作過(guò)電壓平均值 Um可按下式計(jì)算：

式中，[σ0]為過(guò)電壓相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)側(cè)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(zhuǎn)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(duì)側(cè)面塔身地電位人員放電，對(duì)500kV線路各相引流線的帶電作業(yè)安全距離進(jìn)行校核。考慮帶電作業(yè)時(shí)的人體占位0.5m。具體的計(jì)算結(jié)果如表1中所示。

表1 引流線對(duì)側(cè)面塔身地電位人員安全距離校核結(jié)果

根據(jù) STJ桿塔的塔型設(shè)計(jì)，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(jì)算結(jié)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(duì)其下方橫擔(dān)上地電位人員安全距離校核

考慮到作業(yè)人員在橫擔(dān)上移動(dòng)時(shí)，可以采用俯身彎腰低頭等姿勢(shì)；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(duì)作業(yè)人員與其上引流線安全距離校核時(shí)，按1.0m考慮人體活動(dòng)范圍即可。針對(duì)該作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率的計(jì)算結(jié)果如表2和表3中所示。

表2 引流線對(duì)其下方橫擔(dān)上地電位人員安全距離校核結(jié)果（引流線自然懸掛）

表3 引流線對(duì)其下方橫擔(dān)上地電位人員安全距離校核結(jié)果（引流線采用跳串懸掛）

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

由表2的計(jì)算結(jié)果可知，STJ4桿塔引流線采取自然懸掛方式時(shí)，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(shí)第二層橫擔(dān)上作業(yè)的危險(xiǎn)率為5.66×10-16）。

由表3的計(jì)算結(jié)果可知，STJ4桿塔引流線采取跳串懸掛方式時(shí)，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(shí)第二層橫擔(dān)上作業(yè)的危險(xiǎn)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(yàn)及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對(duì)500kV STJ4桿塔耐張串的安全距離進(jìn)行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結(jié)果如下表4中所示。由表4的計(jì)算結(jié)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(jié)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(yàn)及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對(duì)500kV STJ4桿塔耐張串的組合間隙進(jìn)行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結(jié)果如表5中所示。

表5 耐張絕緣子串組合間隙校核結(jié)果

由表5的計(jì)算結(jié)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(xiǎn)率也僅為 3.42×10-10。因此，使用沿耐張串進(jìn)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(jié)果可知，在STJ4桿塔上進(jìn)行帶電消缺作業(yè)是安全的。

5.2 STJ2轉(zhuǎn)角桿塔帶電消缺作業(yè)安全校核

1）引流線對(duì)側(cè)面塔身地電位人員安全距離校核

考慮引流線對(duì)側(cè)面塔身地電位人員放電，對(duì)500kV線路各相引流線的帶電作業(yè)安全距離進(jìn)行校核。考慮帶電作業(yè)時(shí)的人體占位0.5m。具體的計(jì)算結(jié)果如表6中所示。

根據(jù) STJ2桿塔的塔型設(shè)計(jì)，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(jì)算結(jié)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(duì)側(cè)面塔身地電位人員安全距離校核結(jié)果

2）引流線對(duì)其下方橫擔(dān)上地電位人員安全距離校核

考慮到作業(yè)人員在橫擔(dān)上移動(dòng)時(shí)，可以采用俯身彎腰低頭等姿勢(shì)；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(duì)作業(yè)人員與其上引流線安全距離校核時(shí)，按1.0m考慮人體活動(dòng)范圍即可。針對(duì)該作業(yè)位置的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率的計(jì)算結(jié)果如表7和表8中所示。

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

表8 引流線對(duì)其下方橫擔(dān)上地電位人員安全距離校核結(jié)果（引流線采用跳串懸掛）

由表7的計(jì)算結(jié)果可知，STJ2桿塔引流線采取自然懸掛方式時(shí)，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(shí)第三層橫擔(dān)上作業(yè)的危險(xiǎn)率為5.79×10-18）。

由表8的計(jì)算結(jié)果可知，STJ2桿塔引流線采取跳串懸掛方式時(shí)，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(shí)第三層橫擔(dān)上作業(yè)的危險(xiǎn)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(jié)構(gòu)高度常用值為195cm和205cm，因此在校核中取單片耐張絕緣子結(jié)構(gòu)高度為195cm。

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

表9 耐張絕緣子串安全距離校核結(jié)果

由表9的計(jì)算結(jié)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(yàn)及不同海拔高度下的海拔校正系數(shù)，對(duì)500kV STJ2桿塔耐張串的組合間隙進(jìn)行校核，考慮人體占位范圍為0.5m，校核的結(jié)果如表10中所示。

由表10的計(jì)算結(jié)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(xiǎn)率為 3.42×10-10。因此，使用沿耐張串進(jìn)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(jié)果

根據(jù)上述 STJ2桿塔安全距離和組合間隙的校核結(jié)果可知，在STJ2桿塔上進(jìn)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(jì)算在500kV輸電線路上進(jìn)行引流板帶電消缺作業(yè)時(shí)最小安全距離與最小組合間隙，如表 11所示，為500kV線路進(jìn)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(jié)論

本文針對(duì)引流板帶電消缺作業(yè)的安全性，運(yùn)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(xiǎn)率計(jì)算公式進(jìn)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(jié)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(duì)作業(yè)人員的安全提供了保證。

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