500 kV复艾紧凑型线路直线塔带电作业安全性分析

蒋正龙，龚政雄

(1.湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007;2.湖南省电力公司，湖南长沙410007)

相比普通的500 kV架空输电线路，500 kV复艾紧凑型线路将三相输电线路置于同一塔窗中，使相间距离显著缩小，同时每相分裂导线达到6根，导线外径明显增大，导线表面的电场分布更合理，这样增大了线路的电容，降低了电感和线路的波阻抗，提高了线路的自然功率，减小了线路走廊的占地面积，节约了建设投资，具有明显的社会经济效益〔1-2〕。

500 kV复艾Ⅰ回线是湖南第1条紧凑型输电线路，全长约65 km，共173基杆塔，7种塔型，其中直线塔4种 (CZ1，CZ2，CZ3，CZ4)，转角塔2种 (CJ1，CJ2)，终端塔型号为DJ1，全线不换位。导线型号为6×LGJ-300/40，导线分裂间距为375 mm，六分裂导线直径为750 mm，相导线排列为倒三角型。地线布置方式为水平布置，1根地线型号为JLB20A-80，另1根为24芯OPGW。相对地最小净距离为3.7 m，相间最小净距离为5.95 m，带电作业的条件十分苛刻。因此，为开展带电作业，有必要对其带电作业的安全性进行研究。

1 带电作业时最大操作过电压

带电作业时不可能进行合空线操作〔3〕，因此带电作业要考虑的最大过电压不是合空线过电压或单相重合闸过电压，所需考虑的是接地故障引起的过电压，主要包括带电作业线路或与其相邻近的线路单相接地跳三相，或者两相接地跳三相和三相接地跳三相等情况，但是存在大风、雷雨、覆冰等恶劣气候原因导致两相短路接地、三相短路接地等情况时，不会开展带电作业工作。

文中过电压计算〔4〕条件:(1)取线路沿线土壤电阻率为800 Ω·m;(2)线路无高抗;(3)复兴变电站和艾家冲变电站的主变容量均为750 MVA，并参照复艾线路投运时某时刻运行数据:复兴变和艾家冲变母线电压分别为523.9 kV和523.1 kV 时，线路上的潮流为 363.5 MW-j43.0 Mvar;(4)考虑预击穿和运行中性能变化的影响，线路断路器三相合闸最大非同期时间取10 ms;(5)母线侧MOA为420型避雷器，额定电压为420 kV，线路侧MOA为444型避雷器，额定电压为444 kV。避雷器的伏安特性曲线如图1所示〔4〕，避雷器最大允许比能耗为13 kJ/kV。

图1 避雷器的伏安特性曲线

经采用EMTP计算，线路首端的最大工频过电压为 1.02 p.u.，末端为 1.24 p.u.，均低于文献〔5〕推荐的允许值，线路两端和中点单相接地跳三相时，健全相沿线最大的相—地过电压U0.13%(表示发生概率为0.13%的过电压) 为 1.68 p.u.(1.0 p.u.=550/3 kV)，沿线最大相间过电压U0.13%为 2.85 p.u.，MOA 承受的最大能量为 0.47 MJ，艾家冲C相接地导致两侧跳三相的线路最大统计相—地过电压沿线分布见图2，复兴侧过电压波形见图3，对计算所获得的图3进行分析，最小波头时间均大于2 000 μs。

图2 B相最大统计相—地过电压沿线分布

图3 艾侧C相接地，两侧跳三相，复侧波形图

2 危险率计算方式

带电作业危险率是指带电作业时带电作业间隙在每发生一次操作过电压时，间隙发生放电的概率，通常可采用统计法进行计算。假设系统操作过电压的概率分布和空气间隙击穿的概率分布假定都服从正态分布，则根据概率统计，带电作业的危险率可按下式计算得到:

式中 σ0为操作过电压的标准偏差 (kV);U50%为空气间隙50%放电电压 (kV);σd为空气间隙放电电压的标准偏差 (kV);Um为操作过电压平均值 (kV)。利用计算获得的最大操作过电压，按照下式计算获得:

式中 ［σ］为过电压的相对标准偏差， ［σ］ =σ0/Um。

3 带电作业安全距离和组合间隙

3.1 直线塔安全距离校核

复艾Ⅰ回紧凑型线路直线塔带电作业时作业人员模拟各种作业工况的位置示意图如图4所示:位置1为模拟人蹲坐于上相;位置2为模拟人坐在吊椅上由塔身横移进入等电位，最终接触导线;位置3为模拟人直立在塔上，利用绝缘操作杆对带电导线进行作业;位置4为模拟人站立于下相导线上。

图4 直线塔上作业位置示意图

根据对塔中这4个典型位置施加正极性标准操作冲击电压 (250/2 500 μs) 的试验结果〔4〕，在考虑安全裕度系数k时，经曲线拟合，复艾500 kV紧凑型线路带电作业相—地和相间最小安全距离分别可按以下公式计算:

对各位置可接受最小间隙距离 (本线路直线塔带电作业时，取相—地最小间隙距离为2.1 m，取相间最小间隙距离为4.0 m)，U50%和危险率示于表1。

根据带电作业时的实际情况，考虑人体的0.5 m〔6〕占位后，相—地最小安全距离由2.1 m变为2.6 m，相间最小间隙距离变为4.5 m。

3）通过收集现场相关故障信息及波纹表明，110kV那曲变#1、#2两台主变并列运行，且#1主变中性点接地运行情况下，故障当时那曲#1主变高压侧基本无3I。故障零序电流流过，那安线上流过的故障零序电流基本与当那线上流过的故障零序电流持平。

除考虑作业相的操作过电压水平，文中还考虑邻相反极性操作过电压的影响。相—地间隙距离取3.2 m，相间距离取6.2 m，在作业人员所在的 A相上施加标准波形为+250/2 500 μs的正极性操作

类型 最大过电压/p.u.最小间隙距离/mU50%/kV危险率/×10-6最小安全距离/m相—地 1.68 2.1 936 5.8 2.6相—相 2.85 4.0 1 551 8.8 4.5

冲击电压，在B相上施加标准波形为-250/2 500 μs的负极性操作冲击电压，C相接地，波形系数α=0.4，对作业位置1，2进行相地操作冲击放电试验，试验〔4〕获得的操作冲击击穿电压值如表2所示。

表2 相地操作冲击击穿电压U50%

结果表明，作业位置正极性操作冲击放电电压幅值变化率 (Z)不大于5%，即操作冲击放电电压水平基本不受邻相负极性操作波的影响，且试验过程中所有放电路径均为相对地放电。由此可得出，在复艾500 kV紧凑型线路直线塔上，相间作用对放电电压U50%几乎没有什么影响，带电作业时可不考虑。

根据试验结果计算危险率是检验带电作业安全程度的通用方法，一般认为危险率低于1.0×10-5时，带电作业是安全的〔7-9〕。根据以上危险率计算结果，作业人员在复艾紧凑型线路直线塔上各典型作业位置 (见图4)是安全的，各典型位置的距离可满足带电作业的安全性要求。

通过计算分析和试验，在复艾500 kV紧凑型线路直线塔上，相对地最小净距离为3.7 m，相间最小净距离为 5.95 m，危险率〔7〕远低于 1.0×10-5，且满足带电作业相—地的最小安全距离和等电位作业时相间最小安全距离的要求。

3.2 直线塔组合间隙分析和校核

根据已进行的大量杆塔试验〔3，10-11〕: 存在某一种组合间隙，即当人体离开导线处在某一个位置，形成导线高电位、人体、塔身低电位组成的组合间隙，在该组合间隙具有最低的操作冲击放电电压U50%。

设S1为人体距地电位距离，S2为人体距高电位距离，Sc为组合间隙长度 (未计入人体占位，Sc为S1与S2之和)。

组合间隙长度Sc取3.5 m不变，分别改变S2和S1的值，进行操作冲击放电试验，求取其操作冲击50%放电电压，U50%随S2变化曲线见图5。

图5 U50%随S2变化曲线 (至塔身组合间隙)

根据试验结果，最低放电位置S2取0.4 m，改变S1进行操作冲击放电试验，在考虑安全裕度后，由试验数据〔4〕获得:至塔身组合间隙操作冲击50%放电电压与间隙距离的关系为U50%=630d0.6，当最大过电压为1.68 p.u.时，直线塔最小组合间隙距离取2.4 m，对应的 U50%危险率为8.0×10-6。

图6表示带电作业时作业人员各种作业工况的位置点。

图6 进入等电位路径示意图

图6中，位置5为人头部与下相导线直线串绝缘子上端的均压环下端接触，人体尚处在地电位;位置6为人头部与下相导线直线串绝缘子中部的均压环下端接触;位置7为人脚踩在下相导线直线串绝缘子上端的均压环上，人体已处在高电位;位置8为人坐在吊椅上，由侧面从塔身低电位慢慢横向移动进入等电位，人距高电位0.4 m，背部距离塔身2.8 m;位置9为人由塔身爬硬梯斜向进入等电位，人距高电位0.4 m，背部距离塔身2.8 m，脚距离塔身3.0 m。在武汉高压研究所进行的试验结果〔4〕见表3，试验中对位置5，6，7考虑了邻近相反极性操作波的影响，对位置8，9点不考虑反极性操作波的影响，试验采用的标准操作冲击电压波形为 250/2 500 μs，波形系数 α=0.4。

表3 各典型位置U50%和危险率

表3中，U50%数据均为已折算到标准气象条件下的操作冲击击穿电压，由于Z值小于5%，可知相间作用几乎没有影响，可以忽略。表3数据表明:危险率均不大于1.0×10-7，满足带电作业安全性要求。

4 结论

4.1 直线杆塔带电作业的相—地最小间隙距离为2.1 m，相间最小间隙距离为4.0 m，最小组合间隙距离为2.4 m;考虑人体的0.5 m占位后，相—地最小安全距离为2.6 m，相间最小安全距离为4.5 m，最小组合安全距离为2.9 m;复艾500 kV紧凑型线路直线塔的实际尺寸 (相对地距离及相间距离)都大于带电作业最小安全距离。

4.2 以上各类最小安全距离值均小于《电业安全工作规程》及DL/T 5217—2005《220 kV-500 kV紧凑型架空送电线路设计技术规定》中规定的最小安全距离，这主要是因为复艾500 kV紧凑型线路的过电压倍数较低 (相—地为1.68 p.u.，相间为2.85 p.u.)，而《送电线路带电作业技术导则》中对500 kV线路的过电压倍数是按照系统可能出现最大过电压情况考虑的 (相—地为2.18 p.u.，相间为相—地的1.3～1.4倍)，所以复艾500 kV紧凑型线路的带电作业最小安全距离和组合间隙按照GB/T 19185—2003《交流线路带电作业安全距离计算方法》标准进行分析计算，所得结果是可信的。

4.3 最小相对地、相间、组合间隙距离下的带电作业危险率分别为 5.8×10-6，8.8 ×10-6，8.0 ×10-6，在该杆塔上进行带电作业的危险率均小于1.0×10-5，满足带电作业安全性的要求。

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〔5〕DL/T620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合〔S〕.北京:中国电力出版社，1997.

〔6〕国电发〔2002〕728号文件关于修订500 kV线路带电作业安全距离的通知〔S〕.北京:国家电网公司，2002.

〔7〕GB/T18037—2000带电作业工具基本技术要求及设计导则〔S〕.北京:中国标准出版社，2000.

〔8〕Ontario Hydro Research Review〔R〕.Electrical safety in live line，1981.

〔9〕GB/T 19185—2003交流线路带电作业安全距离计算方法〔S〕.

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