1000kv線路帶電作業(yè)最小安全距離的確定

1000kv線路帶電作業(yè)最小安全距離的確定

0特高壓線路帶電作業(yè)安全試驗(yàn)研究根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)布的科學(xué)研究院的科研任務(wù)，結(jié)合1000kv高壓電壓供電示范工程的實(shí)際情況，國家網(wǎng)絡(luò)武漢高壓研究所率先系統(tǒng)開展了“1000kv帶電作業(yè)技術(shù)研究”項(xiàng)目。結(jié)果表明,在我國交流1000kV輸電線路開展帶電作業(yè)安全可行。結(jié)合晉東南-南陽-荊門(中線)特高壓試驗(yàn)示范工程的實(shí)際進(jìn)行了帶電作業(yè)操作過電壓的計(jì)算及分析工作,開展了特高壓線路帶電作業(yè)安全距離試驗(yàn)研究,確定了我國交流1000kV輸電線路帶電作業(yè)各工況及作業(yè)位置的帶電作業(yè)最小安全距離,為1000kV輸電線路的工程設(shè)計(jì)和帶電作業(yè)工作的開展提供了技術(shù)依據(jù)。研究成果將帶來明顯的經(jīng)濟(jì)、社會效益。1計(jì)算和分析金-南-靖帶電作業(yè)的能耗1.1晉東南—線路概況我國中線交流1000kV輸電試驗(yàn)示范工程由晉東南—南陽(363.0km)和南陽—荊門(290.8km)兩段組成,該工程包括南陽開關(guān)站,晉東南、荊門兩座變電站。1.2站內(nèi)故障時(shí),各單相接地發(fā)生有創(chuàng)帶電作業(yè)工作中考慮其操作過電壓水平時(shí),不需考慮合空載線路過電壓;另外,對中性點(diǎn)有效接地的系統(tǒng)中有可能引起單相接地的作業(yè),按《電業(yè)安全工作規(guī)程》應(yīng)停用自動(dòng)重合閘,故不必考慮單相重合閘過電壓。因工頻暫時(shí)過電壓比單相接地故障、分閘(切除接地故障)過電壓低;站內(nèi)故障(如變壓器故障)線路三相跳閘甩負(fù)荷時(shí),線路側(cè)斷路器動(dòng)作,相當(dāng)于線路無故障跳三相,此時(shí)線路上的過電壓水平較低。故在帶電作業(yè)中,主要根據(jù)單相接地故障和故障清除過電壓來確定操作過電壓水平。帶電作業(yè)中,因重合閘退出,發(fā)生單相接地故障后將導(dǎo)致三相分閘,此時(shí)的單相接地三相分閘過電壓水平和概率密度是確定帶電作業(yè)最小安全距離的決定因素。2008年晉-南-荊線不同運(yùn)行方式下的單相接地三相分閘過電壓情況見表1。由表1可見,當(dāng)無分閘電阻時(shí),單相接地三相分閘過電壓水平最大為1.72p.u.(線路)和1.55p.u(母線側(cè));而帶分閘電阻(700Ω)時(shí),則分別為1.66p.u.(線路)和1.53p.u(母線側(cè))。線路單相接地三相分閘時(shí)過電壓分布見表2。1.3南晉及南晉沿線相地電壓南陽及南晉沿線相地過電壓水平最高的前5次波前時(shí)間tf為3.13~3.69ms,其平均值、標(biāo)偏、最小值分別為4.88、0.32、3.13ms?？梢?南陽及南晉沿線相地過電壓水平最高時(shí)的tf>3000μs,?250μs的標(biāo)準(zhǔn)操作波的tf。結(jié)合操作過電壓tf計(jì)算結(jié)果,并與特高壓外絕緣試驗(yàn)研究的操作沖擊波形相統(tǒng)一,采用720/4000μs操作沖擊波形(與外絕緣研究中采用波形相同)可有一定的安全裕度。2試驗(yàn)條件和計(jì)算方法2.1拉v塔、特高壓試驗(yàn)示范工程國網(wǎng)武漢高壓研究院特高壓戶外試驗(yàn)場試區(qū)面積120m×445m,特高壓試驗(yàn)線段長200m,中部直線塔是拉V塔。模擬塔腿采用高強(qiáng)度角鋼,懸掛在拉V塔邊相和中相橫擔(dān)上。調(diào)節(jié)間隙距離,將拉V塔改成特高壓試驗(yàn)示范工程線路擬采用的貓頭塔塔型(見圖1)。模擬人由鋁合金制成,站姿高1.8m,坐姿高1.45m,身寬0.5m。與實(shí)際人體的形態(tài)及結(jié)構(gòu)一致,四肢可自由彎曲,以便調(diào)整其各種姿態(tài)。2.2間隙滲流沖擊IEC60071-2-1996《InsulationCoordinationPart2ApplicationGuide》推薦的空氣間隙緩波前過電壓絕緣特性的經(jīng)驗(yàn)公式如下:U50=KU50RP?U50RP=500d0.6,U50=ΚU50RΡ?U50RΡ=500d0.6,式中,U50為間隙操作沖擊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。對于邊相和中相最小安全距離及最小組合間隙,可根據(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。2.3空氣間隙擊穿及測量模型帶電作業(yè)危險(xiǎn)率公式為:R0=12∫∞0P0(U)Pd(U)du,R0=12∫0∞Ρ0(U)Ρd(U)du,式中,操作過電壓幅值的概率密度函數(shù)P0(U)由表2得出;設(shè)σd為放電電壓標(biāo)準(zhǔn)偏差,則幅值U的操作過電壓下空氣間隙擊穿的概率分布函數(shù)為:Pd(U)=∫u01σd2π??√exp(?12(U?U50σd)2)du。Ρd(U)=∫0u1σd2πexp(-12(U-U50σd)2)du。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型編制計(jì)算程序,可計(jì)算出相應(yīng)的帶電作業(yè)危險(xiǎn)率。2.4海拔高度的影響本文列出的所有試驗(yàn)數(shù)據(jù),均已按GB16927.1-1997修正為標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下的數(shù)據(jù)。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IEC60071-2-1996推薦公式:Ka=exp(mH/8150),式中,H為海拔高度;m為與最小放電路徑及電壓波形相關(guān)的系數(shù)。為滿足設(shè)計(jì)需要,分別計(jì)算求取標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下,海拔500、1000、1500、2000m條件下的帶電作業(yè)最小安全距離。3高電位工況下的放電電壓國內(nèi)外大量的試驗(yàn)研究表明,人在導(dǎo)線(高電位)時(shí)對桿塔構(gòu)架的放電電壓U50比人在塔身(地電位)對導(dǎo)線的低。故著重進(jìn)行了人在高電位對桿塔各間隙的放電試驗(yàn)。3.1通過研究邊界帶的最小安全距離3.1.1金屬導(dǎo)線對模擬導(dǎo)線短接模擬人坐在座椅上,身穿屏蔽服,面向8分裂導(dǎo)線,并用金屬導(dǎo)線與模擬導(dǎo)線短接。模擬人頭部與模擬導(dǎo)線在同一水平線,膝蓋部與腳尖處于同一垂直線上,人體前后總厚度0.5m。試品布置見圖2。3.1.2生長曲線s,u50改變桿塔構(gòu)架至模擬人間的距離S,U50和變異系數(shù)Z的試驗(yàn)結(jié)果見表4,增大S,U50隨之增大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出K為1.34~1.38,考慮安全裕度,取K=1.34。故邊相等電位作業(yè)時(shí)U50與d的關(guān)系為:U50=670d0.6。3.1.3帶電作業(yè)最小安全距離的計(jì)算當(dāng)取系統(tǒng)最高工作電壓為1100kV,系統(tǒng)最大過電壓為1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),根據(jù)操作沖擊放電特性及不同海拔高度下的Ka,可計(jì)算得到邊相帶電作業(yè)可接受最小間隙距離(滿足可以接受的最大危險(xiǎn)率水平時(shí)的間隙距離)。對各可接受最小間隙距離適當(dāng)取整后得到的最小間隙距離及對應(yīng)的U50和危險(xiǎn)率見表5,表中最后列出了考慮人體允許活動(dòng)范圍(0.5m)后的帶電作業(yè)最小安全距離。由表5可見,線路最大操作過電壓1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),在海拔0~1000、1000~2000m地區(qū),邊相帶電作業(yè)最小安全距離分別為6.5、7.1m。3.2相帶電作業(yè)最小安全距離的實(shí)驗(yàn)研究3.2.1水平面等電位中相等電位作業(yè)位置時(shí),模擬人身穿屏蔽服,頭部與模擬導(dǎo)線的上沿子導(dǎo)線在同一水平面,直接與模擬導(dǎo)線緊密接觸(等電位)。模擬人坐在座椅上,身穿屏蔽服,面向8分裂導(dǎo)線,并用金屬導(dǎo)線與模擬導(dǎo)線短接。模擬人頭部與模擬導(dǎo)線在同一水平線,膝蓋部與腳尖處于同一垂直線上,人體前后總厚度0.5m。試品布置見圖3。3.2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算u50改變S,通過試驗(yàn)求取U50和Z,結(jié)果見表6,S增大,U50隨之增大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出K為1.25~1.28,考慮安全裕度,取K=1.25。由此,中相等電位作業(yè)時(shí)U50與d的關(guān)系為:U50=625d0.6。3.2.3中相帶電作業(yè)間隙距離的計(jì)算綜合作業(yè)人員在中相等電位作業(yè)位置和地電位作業(yè)位置兩種工況下的試驗(yàn)結(jié)果,可見在相同間隙距離下,當(dāng)作業(yè)人員處于地電位作業(yè)位置時(shí),其U50比等電位作業(yè)位置時(shí)的要高。故在計(jì)算求取中相最小安全距離時(shí),只需以等電位作業(yè)位置進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)取系統(tǒng)最高工作電壓為1100kV,系統(tǒng)最大過電壓分別為1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),根據(jù)操作沖擊放電特性及不同海拔高度下的Ka,可計(jì)算得到中相帶電作業(yè)可接受最小間隙距離(滿足可以接受的最大危險(xiǎn)率水平時(shí)的間隙距離。)。對各可接受最小間隙距離適當(dāng)取整后得到的最小間隙距離及對應(yīng)的U50和危險(xiǎn)率見表7,表中最后列出了考慮人體允許活動(dòng)范圍(0.5m)后的帶電作業(yè)最小安全距離。由表7可見,線路最大操作過電壓1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),在海拔0~1000、1000~2000m地區(qū),中相帶電作業(yè)最小安全距離分別為7.3、7.9m。3.3在研究中，張氏鏈的最小安全距離為3.3.1測試配置耐張串等電位作業(yè)位置時(shí),模擬人身穿屏蔽服,以“跨三短四”方式俯姿蹲在耐張串與導(dǎo)線均壓環(huán)聯(lián)結(jié)處(見圖4),模擬人兩肩寬度B=0.5m。3.3.2試驗(yàn)結(jié)果改變S,通過試驗(yàn)求取U50和Z,結(jié)果見表8,S增大,U50隨之增大。串長為l時(shí)耐張串的U50=640.3l0.618。3.3.3耐張串帶電作業(yè)當(dāng)取系統(tǒng)最高工作電壓為1100kV,系統(tǒng)最大過電壓分別為1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),根據(jù)圖8中的操作沖擊放電特性曲線及不同海拔高度下的Ka,可計(jì)算得到耐張串帶電作業(yè)可接受最小間隙距離(滿足可以接受的最大危險(xiǎn)率水平時(shí)的間隙距離)。對各可接受最小間隙距離適當(dāng)取整后得到的最小間隙距離及對應(yīng)的U50和危險(xiǎn)率見表9,表中最后列出了考慮人體允許活動(dòng)范圍(0.5m)后的帶電作業(yè)最小安全距離。由表9可見,線路最大操作過電壓1.72p.u.(無分閘電阻)時(shí),在海拔0~1000、1000~2000m地