220 kV串補線路單相瞬時接地短路帶電作業方法研究

鄧華，楊亮，馬御棠，朱貴，肖慶初

（1.云南電網有限責任公司帶電作業分公司，昆明 650011；2.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217）

0 前言

人工短路試驗是直流和串補調試中最重要的一個試驗，主要用于考核線路故障定位、短路工況對系統穩定的影響，短路故障下的暫態過電壓等情況，目前的人工接地短路試驗主要有弓弩彈射的試驗裝置形成短路，通過合隔離開關使得懸掛絕緣子上敷設熔絲熔斷的方式，帶接地刀和斷路器方式，利用絕緣桿導桿接地方式，彈射炮彈方式，這些所有的方式都需要停電開展[1-4]。直流和串補工程都屬于電網中重要的工程，停電布置短路裝置存在繁瑣的停復電操作和負荷調整，需要配合的廠站多，為最大化降低電網運行風險、操作風險和作業風險，提高試驗效率，降低試驗費用，提高供電可靠性，本文提出采用帶電作業方式開展單相瞬時接地短路的方法，并在云南電網220 kV 串補線路中得到了應用。

本文以云南電網220 kV 福貢串補工程為例，開展了單相瞬時接地短路帶電作業裝置所需要的作業工器具選擇，作業安全距離理論分析，作業方法選擇以及確定了帶電開展單相瞬時接地短路的作業方法，突破了采用“停電”的傳統方法開展作業帶來的局限，具有顯著的工程實用價值，在其他電壓等級的交流線路和直流線路中均能參考該作業方法進行，具有廣泛的應用前景。

1 帶電作業工器具

1.1 短路試驗串補工程

220 kV 福貢串補工程為改善怒江州電網結構，提高怒江州北部電網輸電能力和遠期供電可靠性，并滿足福貢縣豐富的小水電就近送出。福貢串補是220 kV 固定串補，在國內較為少見，串補度60%，額定電流1420 A，兩回線路分別為福貢～劍川線路新增三相額定容量為：166 Mvar ，福貢～蘭坪線路新增三相額定容量為：129 Mvar。然而怒江地區電網相對比較薄弱，小水電眾多，采用傳統的通過停電方式開展帶來很大的電網風險。因此需要考慮新的作業方式[5]。

福貢串補出線福劍線和蘭福線為同塔雙回，桿塔型號為mm-14.5，排列方式為水平排列，導線型號2XJL/LB1A-300/40；導線采用雙分裂垂直排列，分裂間距400 mm；龍門架到第一基桿塔檔距110 m，串補站海拔高度1210 m，根據實際作業所需的安全距離按海拔1500 m 進行修正。

1.2 瞬時接地短路試驗裝置

參照傳統停電作業方式，根據單相瞬時接地短路試驗的需要，按帶電作業方式設計瞬時接地短路試驗裝置如圖1 所示。該裝置由上、中、下三部分組成，上部分為固定在導線上的軟引線和攜帶絕緣繩索的金屬跟斗滑車構成，金屬跟斗滑車懸掛至引線上，下邊懸掛絕緣繩。中間部分為絕緣繩、軟銅線、金屬滑車、定位絕緣繩、重錘1 四部分組成。懸掛在金屬跟斗滑車內的絕緣繩尾端連接軟銅線，連接部位軟銅線側設置限位U 型環，軟銅線下端連接金屬滑車、定位繩、重錘1。下部分由絕緣繩、轉角金屬滑車、接地線、試驗短接線、重錘2 四部分組成。絕緣繩穿過中間部分的金屬滑車，前端穿過經接地線接地的轉角金屬滑車，尾端與試驗短接線、重錘2 連接。

圖1 瞬時接地短路試驗裝置示意圖

1.2.1 軟引線選擇方法

軟引線的目的是避免天氣的影響，方便作業人員開展后續的工作，同時開展短路試驗時，若直接在導線上進行，放電瞬間會對導線造成損傷，為避免導線損傷，在導線之間采用與導線同材質的鋼芯鋁絞線設置專用短接引線，將試驗點轉移至短接引線上，為更好的保護導線，在安裝軟引線前需用鋁包帶對導線進行包裹，然后用鋁扎線將導線與引線進行緊密纏繞，使其充分接觸。

1.2.2 滑車選擇方法

滑車主要包括為三個滑車，分別是金屬跟斗滑車、中間金屬滑車和接地轉角金屬滑車。金屬跟斗滑車，起到軟引線與軟銅線聯通，使軟銅線帶電的作用。為了避免每次拆裝均需作業員進入電場進行操作，只需使用絕緣操作桿進行拆裝，所以選擇可自鎖的跟斗滑車。跟斗滑車上端懸掛在軟引線處，為確保滑輪與引線接觸面積更大，提升其導電性能，其包絡角越大越好，僅需考慮引線直徑小于輪槽直徑且安裝方便即可。本次作業臨時引線型號為LJ-120，故選擇滑輪槽徑為Φ24 最小的跟斗滑車。在安裝完跟斗滑車后，短路試驗所需軟銅線將通過絕緣繩牽引至跟斗滑車下端滑輪并帶電，因此跟斗滑車必須采用導電材質，在本次短路試驗中選用鋁材。中間金屬滑車，起導電和通過絕緣繩傳送試驗所需短路接地線的作用，需要耐受短路試驗電弧的燃弧和較大的短路電流，因此在本次短路試驗中選擇鐵（或鋁）材滑車。轉角金屬滑車，主要作用是避免因牽引絕緣繩本身受潮或天氣原因受潮等因素造成泄露電流過大，對牽引人員造成傷害，因此該滑車與變電站接地網相連接，起轉向和接地作用，選擇鐵（或鋁）材滑車[6-7]。

1.2.3 軟銅線尺寸選擇方法

參照停電短路試驗用的短路試驗框，采用軟銅線降低導線的高度，方便開展短路試驗裝置。其截面積應盡可能與導線輸送容量相當，在本次試驗中選用25 mm2的銅線，長度根據下式得：

其中H 為選擇短路試驗位置的高度，h1 為軟引線和跟斗滑車的高度，h2 為該電壓等級對地安全距離。根據該工程實際參數，L 選擇為7 m。

1.2.4 絕緣繩選擇方法

1）與跟斗滑車相連接的上部的絕緣繩，起到起吊和固定臨時帶電導體的作用，根據中間金屬滑車、軟銅線等的重量和現場實際情況，按2 倍安全系數選擇即可，本次試驗選擇Φ14×50 m 絕緣繩[7-8]。

2）與金屬滑車垂直連接的絕緣繩，起到錨固作用，防止臨時帶電導體受風或牽引的影響造成偏移，按錨固物重量（即重錘2）選擇2 倍安全系數即可。考慮到其上部離放電點最近，與地面距離約7.5 m，為防止因放電火花造成絕緣繩燒斷導致軟銅線彈起造成相間短路，可適當選擇稍大一級的絕緣繩，本次試驗選擇Φ18×10 m 的絕緣延長繩。

3）與金屬滑車相連接的牽引絕緣繩，起到牽引試驗引弧線的作用，一般按1.5 倍起吊物重量的安全系數選擇，本次試驗選擇Φ8×50 m的絕緣繩。但因牽引人員距離放電點30 m 外，絕緣繩直徑過粗會造成自重太大，容易引起自起吊，導致絕緣繩不受牽引人員的控制，所以宜考慮在絕緣繩和引弧線連接處加掛適當的配重（即重錘1）解決該問題。

1.2.5 重錘質量選擇方法

重錘質量采用以下公式選擇最小重量，再選擇相應的規格：

式中：k1 為安全系數，k2 為環境風偏系數，m 為需要固定對象的質量。

重錘1 起到平衡前端絕緣繩的作用，避免后段絕緣繩因前段過重失去平衡自行滑動。本次試驗中其前段垂直距離為7 m，故Φ8×7 m質量為3 kg，考慮風偏因素選擇為1.1、安全系數選擇為1.2，根據公式重錘1 質量不應小于3.96 kg，最終選擇5 kg。

重錘2 需要確保臨時帶電導體各連接部位緊密，在整個操作過程中不會發生偏移，且與臨相保持足夠的安全距離，故重錘2 的安全系數選2.5，風偏因素選擇為1.1，其錨固物重量為8 kg，根據公式重錘2 質量不應小于22 kg，最終選擇25 kg。

1.2.6 定位裝置選擇方法

1）定位裝置包括定位U 型環和定位標記兩部分定位U 型環。為防止臨時帶電導體上部的絕緣繩受力過大使軟銅線越過滑車過多，導致因軟銅線長度不足，在引弧線放電時產生的電弧燒傷導線的情況，選擇U 形環固定于在絕緣繩與軟銅線側連接點處軟銅線側20 cm 處設置定位U 型環。

2）定位標記。在人工短路接地作業過程中，參考傳統作業方式，為給30 m 外給試驗操作人員明顯提示的作用[3]，選擇在臨時帶電導體中部的絕緣繩與引弧線連接點處，引弧線側L 的位置設置明晰的標識，以利試驗負責人控制試驗操作進程。

式中：l1 為對應電壓等級放電距離，l2 為作業安全裕度。

本次試驗中，因220 kV 試驗時放電距離約0.6 m，考慮安全裕度及操作的快速性，因此把定位標記設置在距離連接點1.5 m 處。

2 帶電作業安全距離選擇方法

220 kV 電壓等級輸電線路過電壓按可能出現的最大過電壓考慮，根據GB50064-2014 確定了220 kV 線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0 p.u.[11]。根據GB/T19185-2008 可確定其帶電作業安全距離[12]。

1）線路相地2% 統計操作過電壓倍數：ke=3.0；

相間統計過電壓倍數：kp=1.33ke+0.4=4.39；

2）作業位置的統計過電壓U2%：

3）絕緣間隙的統計耐受電壓U90%：

相—地U90%=ksU2%=1.1×617.27=678.99（kV）

相— 相U90%=ksU2%=1.1×903.27=993.6（kV）

4）最小電氣安全距離：

其中綜合系數kt=kdkgka，若取標準偏差 系 數kd=0.936； 相 地 間 隙kg=1.2， 相 間間隙kg=1.45；相地海拔修正系數ka=0.912（作業位置海拔高度為1210 m，取海拔高度1500 mU90%在600 ～799 kV 時的海拔修正系數），相間海拔修正系數ka=0.928。

相—地DU=1.839（m）相—相DU=2.335（m）

5）最小安全距離：D=DU+DE（m）

人體活動范圍DE，由作業人員體型、作業姿態、間隙形狀等因素決定，其參考取值范圍為0.2 m ～1.0 m，結合作業實際情況，DE 取值0.3 m。

相—地D ≈2.14 （m）

相—相D ≈2.64 （m）

6）最小組合間隙：

其中中間電位導體影響系數kf，表征中間電位導體對間隙放電特性影響，其參考取值范圍為1.0 ～1.2，充分考慮安全因素，kf 取最大值1.2。中間電位導體占位長度F，取值由作業人員的體型與姿勢、工具形式、等電位進入方法等因素決定，其參考取值范圍為0.2 ～1.0 m，結合作業實際情況及充分考慮安全因素，F 取值0.3 m。

相—地S=1.2×1.839+0.3 ≈2.51（m）

相—相S=1.2×2.335+0.3 ≈3.102（m）

經詳細計算，相地最小安全距離：2.14 m，相間最小安全距離：2.64 m；最小組合間隙：2.51 m，均大于相關安全規程中帶電作業安全距離要求[6]，為充分考慮安全因素，采取實際計算結果。

3 帶電進出線路的途徑選擇

按DLT 966-2005 中規定[7]，220 kV 輸電線路帶電作業采用的進、出電位的方法主要有5 種：

1）沿絕緣子串進入；

2）絕緣斗臂車進入法；

3）吊籃進入法；

4）絕緣軟梯進入法；

5）絕緣平梯進入法。

沿絕緣子串進入：主要適用于耐張塔和絕緣子串長（組合間隙滿足要求）的作業，本次項目組合間隙不滿足要求，不能采用。絕緣斗臂車進入法：主要適用于桿塔相對較低，組合間隙滿足要求的作業，本次項目組合間隙不滿足要求，絕緣斗臂車耐壓試驗均未達到220 kV電壓等級，不能采用。吊籃進入法：在塔頭空氣間隙足夠大時，適用于500 kV 直線 、耐張塔跳線懸垂串上的作業，由于本次作業電壓等級為220 kV，且作業位置在龍門架上，作業人員無處設置定位繩，不能采用。絕緣軟梯進入法：塔頭空氣間隙較大時，適用于220 kV 單回線路（雙回僅限下相）直線和耐張塔絕緣子串的作業，在桿塔導線上安裝絕緣軟梯，軟梯由梯頭、絕緣繩梯連接組成，鋁合金梯頭掛在導線上，絕緣繩梯尾端下垂至地面。等電位作業人員沿絕緣軟梯垂直進入電場，桿塔尺寸（3.75 m）大于組合間隙（2.1 m），滿足作業安全要求。本次作業等電位電工需多次上下絕緣軟梯，勞動強度較大。絕緣平梯進入法：塔頭空氣間隙較大時，適用于220 kV 直線和耐張塔絕緣子串的作業，在工作桿塔上安裝平梯長L ≥5000 mm，平梯前端掛在導線上，后端用絕緣繩固定在塔身上。等電位作業人員進出電位時通過平梯直接到達電場，經驗算等電位電工沿絕緣平梯進入電場過程中組合間隙大于2.4 m，與臨相帶電體大于2.8 m，滿足作業要求，且勞動強度相對絕緣軟梯小的多[14-15]。

通過上述分析，根據本次作業的實際情況，選擇絕緣平梯進入法，進出電場示意圖如圖2所示。

圖2 進出電場示意圖

除常規帶電作業安全要求外，為充分保護作業人員牽引絕緣繩造成人工短路瞬間的人身安全，除轉角金屬滑車處接地外，要求牽引人員穿戴全套合格的屏蔽服，帶護目鏡，背對試驗點進行牽引。其它試驗人員帶護目鏡，且不準直視試驗點。

4 帶電作業人工短路接地應用

帶電作業開展人工短路作業流程如下所示。

圖3 帶電作業流程圖

在線路帶電的情況下作業人員通過絕緣平梯進入等電位，在導線上纏繞鋁包帶后，用鋁扎線將短接引線牢牢固定在雙分裂導線上，將金屬跟斗滑車懸掛在引線內，作業人員退出電場返回地面，上部分裝置設置完畢。作業人員拉動金屬跟斗滑車內的起吊絕緣繩，帶動下端連接的軟銅線（25 mm2）進入金屬跟斗滑車下端滑輪內，使軟銅線（25 mm2）裸露部分與金屬滑輪良好接觸，軟銅線（25 mm2）帶電，調節定位絕緣繩長度，使其有效固定方向，中間部分裝置設置完畢。作業人員穿戴全套屏蔽服在安全距離以外（30 m）拉動下部分裝置的牽引絕緣繩，通過中間部分的金屬滑車，帶動尾部試驗短接線（0.5 mm2），定位標記到達金屬滑車位置時，作業人員穩住絕緣繩，待其它組均做好試驗準備后，聽到試驗負責人開始試驗的命令后，迅速拉動絕緣繩，使軟銅線（0.5 mm2）與中間部分裝置的金屬滑車接觸，造成單相瞬時短路接地。試驗結束后，作業人員采用絕緣操作桿拆除金屬跟斗滑車并安裝下一相，循環裝拆作業。

采用上述方法，在某供電局220 kV 福貢串補站福劍線和福貢線出線側開展單相瞬時人工接地短路試驗中成功應用，共開展了6 相的帶電作業，節約了短路作業的時間。

5 結束語

以實際工程為例，提供了一種基于帶電作業的單相瞬時接地人工短路試驗裝置，提出了單相瞬時接地的作業方法和步驟，并在6 相線路上得到了成功應用，驗證了采用帶電作業方式開展單相瞬時接地短路試驗方案可行，相比傳統的停電作用方式，大大縮短了作業時間。