高海拔緊湊型500kV帶電作業(yè)試驗(yàn)研究

1、高海拔緊湊型500kv帶電作業(yè)試驗(yàn)研究摘要：在對(duì)云南電網(wǎng)緊湊型500kv交流超高壓輸電線路過(guò)電壓計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)確定了過(guò)電壓水平最高的情況下，帶電作業(yè)最小組合間隙及絕緣工具的最小有效絕緣長(zhǎng)度。研究結(jié)果可為帶電作業(yè)提供技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：緊湊型；500kv輸電線路；帶電作業(yè)；組合間隙；絕緣工具0 引言2011年8月云南電網(wǎng)公司帶電作業(yè)中心針對(duì)云南電網(wǎng)現(xiàn)有高海拔（2800m及以下）緊湊型500kv線路的塔型、導(dǎo)線布置、絕緣子串組裝型式等內(nèi)容，結(jié)合帶電作業(yè)特點(diǎn)，在南方電網(wǎng)公司昆明特高壓基地的戶外試驗(yàn)場(chǎng)（海拔高度2100m），通過(guò)真型塔試驗(yàn)，對(duì)帶電作業(yè)過(guò)程中的操作過(guò)電壓、安全距離和絕緣工具進(jìn)行

2、試驗(yàn)研究。研究結(jié)果為補(bǔ)充完善現(xiàn)有帶電作業(yè)規(guī)程、導(dǎo)則提供技術(shù)支持，解決安全開(kāi)展帶電作業(yè)工作中存在的重大技術(shù)問(wèn)題。 1 操作過(guò)電壓計(jì)算線路上過(guò)電壓水平及其概率密度是確定帶電作業(yè)最小安全距離的決定因素。按帶電作業(yè)安全工作規(guī)程規(guī)定，在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中應(yīng)停用重合閘，所以帶電作業(yè)時(shí)不考慮合閘空載線路及單相重合閘過(guò)電壓6?？赡苡龅降倪^(guò)電壓有：作業(yè)中的線路突然接地引起的單相接地故障過(guò)電壓和單相故障清除過(guò)電壓。由于緊湊型線路相間距離較近，發(fā)生兩相短路不接地故障的可能性是存在的，在確定帶電作業(yè)安全距離時(shí)應(yīng)予以考慮2。根據(jù)云南電網(wǎng)公司規(guī)劃室提供的資料，將各條500kv緊湊型輸電線路分別用一個(gè)典型的雙電源輸電系統(tǒng)

3、的等效電路建模，通過(guò)pscad/emtdc仿真計(jì)算，得到每條線路的相-地、相-相最大過(guò)電壓值。取所有線路中過(guò)電壓最高值作為后續(xù)計(jì)算危險(xiǎn)率的依據(jù)。因此，最大操作過(guò)電壓值為相地1.93p.u.和相間2.476p.u.。2帶電作業(yè)安全性校核計(jì)算帶電作業(yè)的安全指標(biāo)通常是以絕緣損壞危險(xiǎn)率檢驗(yàn)，國(guó)內(nèi)通行的方法是：首先進(jìn)行真型塔試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出危險(xiǎn)率5。目前公認(rèn)可以接受的危險(xiǎn)率水平為小于110-5。假設(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，則帶電作業(yè)的危險(xiǎn)率可由式1計(jì)算得到： 其中：為操作過(guò)電壓幅值的概率密度函數(shù)。為空氣間隙在幅值為的操作過(guò)電壓下?lián)舸┑母怕史植己瘮?shù)。分別

4、為： 其中：操作過(guò)電壓平均值（kv） 操作過(guò)電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差（kv） 空氣間隙50%放電電壓（kv） 空氣間隙放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差（kv）可由下式計(jì)算： 為統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓，為最大過(guò)電壓。為過(guò)電壓的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，在對(duì)需計(jì)算線路帶電作業(yè)時(shí)最大操作過(guò)電壓計(jì)算研究計(jì)算基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法并編制數(shù)值積分計(jì)算程序，對(duì)各個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)率進(jìn)行計(jì)算。3絕緣工具有效絕緣長(zhǎng)度的確定絕緣操作桿是用于短時(shí)間對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行操作的絕緣工具。主要分為以下三類：（1）接口式絕緣操作桿，分節(jié)處采用螺旋接口，最長(zhǎng)可做到10米，可分節(jié)裝袋攜帶方便。（2）伸縮式高壓令克棒，3節(jié)伸縮設(shè)計(jì)，一般最長(zhǎng)做到6米，重量輕，體積

5、小，易攜帶，使用方便。（3）游刃式高壓令克棒，接口處采用游刃設(shè)計(jì)，旋緊后不會(huì)倒轉(zhuǎn)。本次試驗(yàn)采用的是普通絕緣棒，長(zhǎng)度為5.8m，直徑為36mm。沖擊試驗(yàn)布置按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)dl/t976-2005帶電作業(yè)工具、裝置和設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定，絕緣操作桿上端懸掛在模擬導(dǎo)線中央，該模擬導(dǎo)線為直徑38mm、長(zhǎng)度2.0m的單導(dǎo)線，模擬導(dǎo)線兩端設(shè)置均壓球，直徑為200mm。為確定絕緣工具的有效絕緣長(zhǎng)度及作業(yè)方式的安全性，改變絕緣操作桿的有效絕緣長(zhǎng)度（2.4m5.4m），通過(guò)試驗(yàn)求取其操作沖擊50%放電電壓。隨絕緣操作工具有效長(zhǎng)度的變化曲線如圖1所示。圖1 絕緣操作桿放電特性根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于實(shí)際高海拔條件

6、（2100m）下絕緣操作桿的標(biāo)準(zhǔn)操作50%放電電壓，可以用公式表示為： u50%=426.26d+19.481 (0d5.4) 式中，u50%為絕緣操作桿標(biāo)準(zhǔn)操作50%放電電壓，kv；d為絕緣操作桿長(zhǎng)度，m。當(dāng)系統(tǒng)最高工作電壓為550kv，最大過(guò)電壓為1.93p.u.時(shí)，根據(jù)操作沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由滿足放電危險(xiǎn)率的絕緣距離補(bǔ)償0.5m的安全裕度，計(jì)算得到的絕緣桿最小有效絕緣距離如表1所示。表1 最小有效絕緣長(zhǎng)度最大過(guò)電壓/p.u.u50/kv絕緣距離/m危險(xiǎn)率最小有效絕緣距離/m1.9323275.46.3985e-275.91.9318104.22.6419e-194.71.9314613.33

7、.5847e-133.81.9310532.46.9512e-62.9當(dāng)線路最大過(guò)電壓為1.93p.u.時(shí)，計(jì)算求得滿足放電危險(xiǎn)率的最小絕緣長(zhǎng)度為2.4m?？紤]0.5m的安全裕度后，操作桿的最小有效絕緣長(zhǎng)度可定為2.9m。4組合間隙安全距離的確定為給高海拔500kv緊湊型輸電線路耐張塔的帶電作業(yè)提供依據(jù)，分別對(duì)23片27片串長(zhǎng)的耐張玻璃絕緣子串進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓下模擬人進(jìn)入耐張串的放電試驗(yàn)。耐張絕緣子的串型及布置參照實(shí)際工程設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)圖紙加工制作。懸掛導(dǎo)線的絕緣子及金具均按照500kv緊湊型輸電工程要求配置。試驗(yàn)布置為：耐張玻璃絕緣子串一端為接地端，通過(guò)連接金具直接固定在昆明特高壓實(shí)驗(yàn)

8、室戶外試驗(yàn)場(chǎng)的門型塔一側(cè)立柱上，另一端為高壓端，通過(guò)連接金具和均壓裝置一起連接在高壓引線上。模擬人身穿屏蔽服以“跨二短三”方式蹲在絕緣子串的不同位置上，如圖2所示。圖中sc為模擬人在等電位時(shí)對(duì)地電位的距離，b為模擬人身寬（取0.6m），s1為人體距塔身距離，s2為人體距模擬導(dǎo)線距離。scs1s2b均壓環(huán)導(dǎo)線圖2 耐張串組合間隙試驗(yàn)布置試驗(yàn)分為兩部分進(jìn)行1：(1)固定sc= s1+ s2不變，改變?nèi)梭w在組合間隙中的位置，進(jìn)行操作沖擊放電試驗(yàn)，求取最低放電電壓位置。取sc=4.6m不變，s2/ s1分別為0m/4.6m、0.4m/4.2m、1.0m/3.6m、2.6m/2.0m。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示

9、，相應(yīng)的放電特性曲線見(jiàn)圖3。表2 耐張串組合間隙試驗(yàn)結(jié)果最大過(guò)電壓/p.u.s1 /ms2 /mu50/kv危險(xiǎn)率1.934.6016244.1030e-161.934.20.416609.5390e-171.933.61.017661.4368e-181.932.02.617522.4779e-18圖3 模擬人處于不同位置的間隙放電特性當(dāng)模擬人貼緊高壓均壓環(huán)時(shí)，整個(gè)組合間隙的50%耐受標(biāo)準(zhǔn)操作波電壓值較其他位置小很多。所以，模擬人在耐張串上帶電作業(yè)的過(guò)程中，從桿塔側(cè)進(jìn)入耐張串一直到高壓均壓環(huán)側(cè)，最危險(xiǎn)的位置在模擬人處于高壓均壓環(huán)側(cè)。(2)將模擬人吊放在最低放電位置處不變，改變s1，進(jìn)行操作沖

10、擊放電試驗(yàn)，求取相應(yīng)的50放電電壓；再根據(jù)其放電曲線，通過(guò)危險(xiǎn)率計(jì)算求出最小組合間隙sc值，結(jié)果如表3所示，相應(yīng)的放電特性曲線見(jiàn)圖4。表3 改變s1耐張串組合間隙試驗(yàn)結(jié)果最大過(guò)電壓/p.u.相地間隙s1 /mu50/kv危險(xiǎn)率1.933.49512021.9451e-81.933.90012778.5901 e-101.934.27513916.9286 e-121.934.66515401.3066 e-14圖4 耐張串組合間隙放電特性 對(duì)于轉(zhuǎn)角塔和終端塔，帶電作業(yè)是沿耐張絕緣子串和跳線進(jìn)入等電位的3。所以，在耐張串組合間隙放電試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，緊湊型500kv線路帶電作業(yè)組合間隙最小安全距離在

11、相-地安全距離3.1m的基礎(chǔ)上，考慮人體活動(dòng)范圍0.6m，應(yīng)定為3.7m。5最少有效絕緣子串長(zhǎng)的確定由于500kv輸電線路較多，每條線路的標(biāo)準(zhǔn)都不同，絕緣子長(zhǎng)短不同，有的是28片絕緣子，有的是25片絕緣子。這就給帶電作業(yè)的最小安全組合間隙的確定造成一定的影響，增加了帶電作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。帶電作業(yè)規(guī)程規(guī)定：帶電作業(yè)必須在天氣良好的條件下進(jìn)行。因此，確定良好絕緣子片數(shù)決定于絕緣子串的干閃電壓。已進(jìn)行過(guò)的試驗(yàn)得出：絕緣子串的干閃電壓基本上取決于它的長(zhǎng)度，與絕緣子型號(hào)的關(guān)系不大4。因此，根據(jù)線路帶電作業(yè)組合間隙最小安全距離（3.7m），可確定絕緣子串良好絕緣子片數(shù)全長(zhǎng)不得少于此長(zhǎng)度。6 結(jié)論 通過(guò)沖擊放電試驗(yàn)，在計(jì)算出線路最大操作過(guò)電壓的基礎(chǔ)上，根據(jù)危險(xiǎn)率分析，可以得到如下結(jié)果：在緊湊型500kv輸電線路上開(kāi)展帶電作業(yè)時(shí)，絕緣操作桿的最小有效絕緣長(zhǎng)度不得小于2.9m；沿耐張串進(jìn)入塔窗電場(chǎng)時(shí)，邊相最小組合間隙為3.7m。參考文獻(xiàn)1 胡毅，王力農(nóng)，等1000kv級(jí)交流輸電線路帶電作業(yè)的試驗(yàn)研究電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(6)：8-132 王力農(nóng)，胡毅,，等500kv高海拔緊湊型線路帶電作業(yè)研究高