220 kV 多回路钢管杆带电作业新方法研究

2013-11-25周秀冬蒋正龙李波方针张红先

湖南电力 2013年6期

周秀冬，蒋正龙，李波，方针，张红先

(1. 国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007;2. 国家电网输变电设备防冰减灾技术重点实验室，湖南长沙410007)

多回路钢管杆塔在国外应用比较普遍，近几年来，国内城市建设高速发展，用电负荷迅速增加，为节约线路走廊，新建线路大量采用多双回路架设，钢管杆由于其安全性、环保性等特点，在城市送电线路中被广泛采用〔1-3〕。多双回路停电往往非常困难，通常采用带电作业的方式进行检修。但由于多回钢管杆结构紧凑，空气间隙小，采用常规工具难以满足作业要求。

1 多回路杆塔线路带电作业新方法

针对以往220 kV 多双回线路难以开展带电作业的情况，提出了2 种新的作业方法，并研制相应的新工具。

(1)220 kV 多回直线钢管杆带电更换绝缘子的新工具

研制的220 kV 绝缘旋转摆梯，主要由2 节2 300 mm 长的绝缘梯、转动装置、连接架、扣环、金属接头、抱环组成〔4〕。

(2)220 kV 输电线路多回路铁塔上使用带电作业新工具

研制的带电更换220 kV 输电线路多回路双分裂导线单串直线绝缘子工具，对联板卡和横担卡具进行了改进设计，适用于档距小于1 000 m 的双分裂导线线路(含小于5°的直线小转角)〔4〕。

2 多回路杆塔线路带电作业新方法的安全性分析

2.1 利用绝缘摆梯更换双回直线钢管杆绝缘子

对于某220 kV 双回直线钢管杆，中相与下相横担的垂直距离为5 900 mm，上相与中相横担垂直距离为6 200 mm，扣除U 型挂环、直角挂板、绝缘子、二联板、碗头挂板的长度为3 047 mm，中相导线与下相横担之间的垂直距离约2 853 mm，上相导线与中相横担垂直距离为3 153 mm，作业人员进入强电场示意图如图1 所示。

图1 作业人员进入强电场示意图

由图1 可知，上相与中相横担垂直距离大于中相与下相横担之间的垂直距离，若等电位作业更换中相绝缘子能够保证安全，则相似方法对上相进行作业同样可以保证安全，只需考虑更换中相绝缘子时人员的安全距离。

2.1.1 地电位作业人员安全性分析

地电位作业人员从中相横担坐摆梯进入，如图1 所示。考虑坐摆梯时人身高度为1 000 mm，进入强电场时与上相导线最小距离出现在人刚好正对上相导线时，为2 153 mm。使用旋转摆梯时，可使作业人员摆到横担外侧，经计算此时头部与上相导线最小距离为2 806 mm。当人对中相导线进行带电作业，沿摆梯进入强电场区域时，人坐在摆梯上，腿是向下伸出的，考虑人腿向下伸出600 mm 的长度。由图1 可知，当人刚好在中相横担外侧时，对中相导线的组合间隙为脚下端与中相导线的最小距离。由于绝缘子长度为2 240±30 mm，按照最严重的情况考虑其长度为2 210 mm，当脚下端不超过绝缘子碗头部分，可以保证组合间隙大于2 100 mm。

人坐在摆梯上时，间隙系数主要由导线和横担构架决定。根据试验数据分析可知，上相导线对构架的间隙系数为1.30，中相导线对上层构架的间隙系数需要考虑绝缘子的影响，为1.30〔5-6〕。利用自编程序计算得到上相导线对构架最小组合间隙距离为1 800 mm。

对中相导线进行带电作业的地电位人员安全性见表1 所示。

表1 地电位人员对中相作业时的危险率

由表1 可知，对中相导线进行带电作业时，中相横担处摆梯上的地电位作业人员，可以保持脚底对中相导线2 100 mm 以上的距离，中相导线对人体间隙的危险率最小值为5.84e-9，满足带电作业的要求〔7〕。上相导线与人体间隙最短时也能满足危险率小于1.99e-9，也能满足要求。但是采用常规作业工具的时候，地电位人员相对上相线路的最小活动范围只剩下353 mm，最大活动范围也不超过1 006 mm，而采用旋转摆梯把人摆到横担外侧时，最小的活动范围可达1 006 mm，作业间隙距离十分宽裕，能更好地保证安全。

2.1.2 中相导线等电位作业人员安全性分析

将长度合适的绝缘硬梯绑扎固定在中相导线下方垂直距离为400～600 mm 的钢管杆身上，在等电位操作过程中人体短接绝缘子长度控制在300 mm以下，或尽量不短接绝缘子长度，由于绝缘子长度为2 240±30 mm，则能与中相横担地电位保证至少1 910 mm 的距离。人体横向占位500 mm，则对杆身的距离可达4 800 mm。考虑人体坐在摆梯上身长1 000 mm，则当人到达中相导线正下方时，经计算具有最小的组合间隙距离2 514 mm。

等电位人员对中相导线进行带电作业的安全性见表2 所示〔7〕:

表2 等电位人员对中相导线带电作业的危险率

由表2 可知，对中相导线进行带电作业时，等电位人员所处间隙的带电作业危险率由人对中相横担的间隙水平决定，为1.90e-7，而对于下相横担和杆身的危险率都远小于1.0e-5。表中的分析是基于短接绝缘子长度300 mm 时计算的，按照前面计算得到的最小组合间隙距离1 800 mm 考虑，能够短接的绝缘子最长不能超过410 mm。所以对中相导线进行等电位带电作业时，要尽量控制短接的绝缘子长度不能过长或尽量不短接绝缘子。

2.2 地电位更换220 kV 多回路杆塔双分裂导线绝缘子

针对双回共杆的双分裂导线线路无地电位带电作业研制的新型工器具很好地解决了此问题。

该工器具由横担卡Ⅰ/横担卡Ⅱ、连板卡、卡具钩、导线钩、2 根丝杆、2 块绝缘拉板组成。

新工具进行双分裂导线的地电位带电作业人员作业点分布如图2 所示。

图2 双分裂导线地电位作业示意图

杆塔的相关数据如图2 所示，双分裂导线间距为400 mm。根据图2 可知，上相与中相横担垂直距离大于中相与下相横担之间的垂直距离，对中相作业的时候由图2 中的人A 和人B 进行，对下相导作业的时候由人C 和下杆身合适位置的人进行。考虑人坐着的时候上身高度为1 000 mm，脚向下伸出600 mm，人体横向占位500 mm。中相横担上的人A 距离上相导线的最近距离为2 153 mm。经计算，下相横担上的人C 距离中相导线的最近距离为2 384 mm。即中相横担上的人距离上线导线的间隙较短，只要对中相进行作业(人A 和人B 参加的作业)能够保证安全，则对下相和上相的作业都能保证安全。下面的分析针对中相双分裂导线进行。

2.2.1 中相横担作业人员A 安全性分析

中相横担上的地电位作业人员A 与上相导线最小距离出现在人处在上相双分裂导线对中相横担的投影范围内时，为2 153 mm。当作业人员移动到横担外沿的时候，此时头部与上相导线最小距离为2 682 mm。考虑人坐在横担上腿向下伸出600 mm的长度，由图2 可知，当人刚好在中相横担外侧时，对中相导线的组合间隙为人员的脚下端与中相导线的最小距离。由于绝缘子长度为2 240±30 mm，按照最严重的情况考虑其长度为2 210 mm，只要脚下端不超过绝缘子碗头部分，就可以保证组合间隙为2 100 mm 以上。

对中相导线进行带电作业的地电位人员安全性见表3。

表3 地电位人员A 在中相作业时的危险率

由表3 可知，对中相双分裂导线进行带电作业时，中相横担处的地电位作业人员，可以保持脚底对中相导线2 100 mm 以上距离，中相导线对人体间隙的危险率最大值为5.84e-9，满足带电作业要求。上相导线与人体间隙为最短的时候危险率最大值为1.99e-9，也能满足要求。地电位人员A 对上相线路的最小活动范围只剩下353 mm，最大活动范围不超过882 mm。地电位人员A 作业时需要注意上身活动伸展高度不能过大。

2.2.2 中相导线杆身地电位人员B 安全性分析

地电位人员B 横向占位500 mm，对中相导线的最小间隙距离4 600 mm，满足带电作业的安全要求。

由上面的计算结果和表3 可知，采用地电位作业方式对中相双分裂导线进行绝缘子更换等带电作业的危险率由中相横担的地电位作业人员A 的带电作业危险率决定，为1.99e-9，满足安全要求。

2.3 2 种新工具结合的地电位作业

通过比较上述2 套新工具应用于带电作业的安全性分析可知，绝缘摆梯法和专用卡具的地电位法结合起来具有更好的安全性。

采用绝缘摆梯对中相导线进行带电作业时，带电作业危险率由等电位人员所处间隙(即中相作业处导体、人和中相横担地电位的间隙水平)决定，为1.90e-7。采用地电位对双分裂导线中相进行的作业带电作业危险率由中相横担的地电位作业人员A 所处的间隙，即上相导线—人间隙的带电作业危险率决定，为1.99e-9。两者结合采用地电位作业，地电位人员B 的位置不变，地电位人员A由旋转绝缘摆梯摆到中相横担外侧，带电作业的危险率由中相导线对地电位人员A 的间隙距离决定，其危险率最大为5.84e-9，当把地电位人员A 摆到中相横担以外的时候，带电作业的危险率远小于5.84e-9，最小达2.26e-14。