特高压直流输电线路不停用再启动功能情况下的带电作业安全性分析

彭 勇，雷兴列，方玉群2，苏梓铭，肖 宾，刘 凯

(1.中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074；2.国网浙江省电力有限公司，浙江 杭州 310007)

0 引 言

根据国家电网公司电力安全工作规程(线路部分)(以下简称“安规”)及相关带电作业技术标准的要求，为确保线路带电作业工作的安全，一般要求“停用重合闸或直流线路再启动功能”[1]，其作为保障带电作业安全的一项重要措施，已广泛应用到实际工作中。随着中国特高压输电工程广泛投运，鉴于其重要性，带电作业作为保障线路安全可靠运行重要技术手段的地位显得更为突出[2-3]，同时更高电压等级的带电检修工作给作业人员带来新的挑战和更大的心理压力。开展带电作业时“停用重合闸或直流线路再启动功能”这一保障措施成为很多线路运检单位开展特高压线路带电作业的必选项。然而，由于特高压输电线路较高压及超高压线路更长，且是重要的跨区输电通道，在带电作业工作中，若经常要求停用线路重合闸或直流线路再启动功能，则很难被电力调度部门许可。因为从输电系统安全运行的角度考虑，过多的停用重合闸或直流线路再启动功能将可能提高线路瞬时故障的跳闸率，降低输电系统的安全运行水平[4]，尤其是特高压直流输电工程还经常存在因直流控制系统原因而无法操作停用线路再启动功能的情况。因此，很多线路运检单位经常面临着由于直流线路再启动功能不能停用导致带电作业无法顺利开展的难题。

下面针对不停用直流线路再启动功能的情况，开展了特高压带电作业安全性技术分析，解读分析了开展带电作业时停用直流线路再启动功能的作用，结合特高压直流输电线路最大操作过电压水平，对带电作业安全距离进行了校核分析；并结合典型带电作业项目，从带电作业方式和使用工器具的角度具体分析了带电作业的安全性，明确了在不停用直流线路再启动功能情况下能否安全开展带电作业的具体作业项目，为特高压直流线路带电作业的安全开展提供了参考。

1 相关条款说明及解读

安规中带电作业部分相应条款说明如下[1]：“带电作业有下列情况之一者，应停用重合闸或直流线路再启动功能，并不准强送电，禁止约时停用或恢复重合闸及直流线路再启动功能。1)中性点有效接地的系统中有可能引起单相接地的作业；2)中性点非有效接地的系统中有可能引起相间短路的作业；3)直流线路中有可能引起单极接地或极间短路的作业；4)工作票签发人或工作负责人认为需要停用重合闸或直流线路再启功能的作业。”许多带电作业技术标准如DL/T 966《送电线路带电作业技术导则》、DL/T 1242《±800 kV直流输电线路带电作业技术规范》、DL/T 881《±500 kV直流输电线路带电作业技术导则》、DL/T 392《1000 kV交流输电线路带电作业技术导则》中均有相关要求。

1.1 条文解读

带电作业时停用重合闸或直流线路再启动功能一是可减少系统产生过电压的概率，从而减小了带电作业的危险性；二是若在带电作业过程中，作业人员发生了意外事故，该措施可防止其遭受二次伤害，以避免万一发生事故时不致扩大。实际上，该措施仅起到保障带电作业工作安全的后备作用，其起到的关键作用主要体现在当带电作业工作点发生安全事故的时候，例如作业过程中因最小安全距离不足而造成了相地之间发生放电，此时若不停用重合闸或直流线路再启动功能，则线路再次复电后，将加剧对作业人员的伤害或者造成其他后果[4]。

大量实践工作证明，该措施并不是防止带电作业事故扩大的万全措施，且过多地停用重合闸或直流线路再启动功能会降低安全运行水平，对系统安全运行不利，特别是对输送容量大、供电范围广的超特高压电力系统。因此，对待这一措施必须谨慎，应具体问题具体分析[5]。

1.2 停用直流线路再启动功能的作用分析

开展特高压直流输电线路带电作业时，在遇到“直流线路中可能引起单极接地或极间短路的作业”项目时，停用直流线路再启动功能主要是避免若出现带电作业事故而引起扩大性后果。下面从发生带电作业事故的角度深入分析该措施的作用。

由于带电作业过程中极地或极间起到绝缘作用的介质为空气间隙和绝缘工器具，因此有两种原因会造成带电作业事故，一是带电作业空气间隙被击穿，二是带电作业绝缘工器具发生闪络。

1)带电作业空气间隙被击穿

带电作业空气间隙被击穿通常在是线路产生操作过电压的情况下发生的，有两种原因：带电作业安全距离不足和小概率事件(即遇到了比带电作业危险率10-5还小的事件)。特高压直流线路的外绝缘水平受污秽控制，杆塔塔头间隙较大，带电作业安全距离不足的情况一般不会发生。但由于前期研究获取的带电作业最小安全距离等关键技术参数是依托特高压直流示范工程开展的，其与线路操作过电压水平直接相关。因此有必要结合不同线路的过电压水平(包括考虑不停用直流线路再启动功能时产生的操作过电压)进行校核分析[7]，进一步明确带电作业安全距离参数。而对于小概率事件，应不予考虑，因为带电作业允许小概率事件发生。

此种情况下，停用直流线路再启动功能的主要作用是避免再启动时产生的操作过电压对作业位置处带电作业空气间隙绝缘的影响，若其产生的操作过电压比引起事故的间隙击穿电压低或空气绝缘能够耐受，则没有必要停用直流线路再启动功能。

2)带电作业绝缘工器具发生闪络

若带电作业绝缘工器具在极地或极间作为主绝缘介质时发生了闪络，有两种原因：工具的有效绝缘长度不足和工具本身的绝缘性能不足。特高压带电作业绝缘工具有效绝缘长度不足的情况一般不会发生，而绝缘工器具本身的绝缘性能不足又有两种情况，即工器具本身质量问题和作业过程中气象条件变化引起的绝缘性能降低。工器具本身的质量问题可通过预防性试验予以保障，而作业过程中气象条件等变化引起的绝缘性能下降则难以规避。

此种情况下，若直流线路再启动功能未停用，由于绝缘工器具不能及时安全退出且其绝缘性能降低不可能短时恢复，甚至会进一步下降，再启动后产生的过电压乃至正常运行电压都极有可能再次造成工器具闪络，反复闪络将大大降低工器具的机械性能，进而造成事故扩大，则该情况下应停用直流线路再启动功能。

综上分析，若要进一步明确不停用直流线路再启动功能情况下开展带电作业的安全性：一是需要根据不同线路的过电压水平进一步校核带电作业安全距离，评估最小安全距离是否满足要求；二是从带电作业工器具使用的角度，需要结合具体的作业项目、工艺和使用工具的种类来分析带电作业的安全性。

2 不停用直流线路再启动功能下带电作业安全距离校核

2.1 校核依据

研究确定超/特高压输电线路带电作业安全距离的方法是：首先分析确定线路带电作业过电压水平；然后进行真型塔典型作业工况带电作业间隙放电试验，得出放电特性曲线；最后根据带电作业绝缘配合方法，结合试验结果和线路过电压水平，计算确定带电作业最小安全距离值。

1)带电作业间隙操作冲击放电特性

IEC 60071-2《Insulation Coordination Part 2 Application Guide》推荐的空气间隙缓波前过电压绝缘特性经验式为

U50=KU50RP

(1)

U50RP=500d0.6

(2)

式中：U50为间隙的操作冲击50%放电电压；d为空气间隙距离；K为间隙系数；U50RP为相应电压波形及间隙距离下棒-板间隙操作冲击50%放电电压。研究中，可根据各带电作业间隙结构的操作冲击放电试验数据，计算求取其间隙系数K，得出该带电作业间隙结构的操作冲击放电电压计算式及拟合曲线[8]。

2)直流线路带电作业绝缘配合

在中国现在普遍采用比试验得到的U50低3σ的电压值作为带电作业间隙的耐受电压，以Uw表示。

Uw=U50(1-3σ)

(3)

式中：σ为带电作业间隙50%放电电压的标准偏差，一般偏严考虑取6%[9]。

因此，当作业间隙的耐受电压不小于直流线路的最大操作过电压，即可保证带电作业间隙不会发生击穿，保证作业人员的安全。即：

Uw≥AUmax

(4)

式中：Uw为带电作业间隙的耐受电压；A为安全系数，不小于1；Umax为直流线路最大操作过电压。

实际上，当线路输送容量、线路长度和设备参数不同时，线路的操作过电压水平会有较大差别[10]，因此在试验获取典型工况下带电作业间隙的放电特性的前提下，在最终确定带电作业最小安全距离时，应根据该线路的实际过电压倍数或幅值来计算分析。

2.2 校核分析

带电作业过程中若不停用直流线路再启动功能，则在评估带电作业安全性时，需考虑由直流输电保护系统在故障或操作发生后动作所产生的操作过电压，由于其产生的操作过电压低于单极接地故障在健全极线路上产生的操作过电压水平。因此，从严考虑，校核计算带电作业安全距离应考虑单极接地故障产生的最大操作过电压。

研究表明，当直流线路最大过电压为一极线路中点发生接地故障时，最大过电压水平出现在健全极线路中点附近[8-9]，而特高压直流线路最大操作过电压水平一般在1.75 p.u.(1 p.u.=816 kV)以下，安全系数A按照1.05考虑，校核计算±800 kV特高压直流输电线路操作过电压倍数在1.60～1.75 p.u.之间时，带电作业最小安全距离值的范围为5.9～6.8 m。可见，带电作业最小安全距离等关键技术参数值与线路操作过电压倍数成正比。

安规中明确在海拔高度为1000 m及以下地区，±800 kV特高压直流输电线路带电作业时人身与带电体的安全距离为6.8 m，绝缘承力工具、绝缘绳索最小有效绝缘长度为6.6 m。上述带电作业安全距离等技术参数是依托向家坝—上海±800 kV特高压直流输电示范工程研究提出的，带电作业最大操作过电压水平取1.75 p.u.，均大于后来投运的±800 kV特高压直流输电线路的操作过电压水平[11-15]。因此，安规中的±800 kV电压等级带电作业安全距离等关键技术参数是能够满足其他±800 kV特高压直流输电线路的带电作业安全要求的，而且还留有一定的裕度。

以±800 kV特高压直流输电线路典型的“羊角型”、“L型串直线塔”杆塔为例(如图1所示)，对塔头尺寸进行校核，典型塔头空气间隙距离一般在10 m以上，比带电作业最小安全距离的数值大。所以，即使带电作业时不停用直流线路再启动功能，一般典型杆塔结构塔头间隙大小也能满足带电作业安全距离的要求。

3 具体带电作业项目的安全性分析

3.1 安全评估原则

按照检修对象进行分类，输电线路带电作业典型项目包括有绝缘子类、导地线类、金具类和附属设施类。结合特高压直流线路带电作业典型项目，从带电作业工器具使用、作业方式的角度评估不停用直流线路再启动功能时开展带电作业的安全性，由1.2节分析可知，评估的主要原则是判断在作业过程中，是否采用绝缘工器具作为极地或极间主绝缘介质进行使用，即各典型项目作业过程中的关键工具，有无使用在极地或极间的绝缘承力工具。

3.2 带电作业典型项目分析

对于绝缘子类典型作业项目，若不停用直流线路再启动功能，在开展带电更换直线串复合绝缘子和耐张整串绝缘子项目时又必须使用绝缘承力工具用于转移导线机械荷载，存在工器具绝缘失效造成极地短路触发再启动功能的风险。而在开展带电更换耐张串横担(导线)侧1～3片绝缘子及耐张串任意单片绝缘子项目时，在保证良好绝缘子片数的情况，使用的金属承力工具无引起极地短路的风险，不会对原有的绝缘造成影响。

对于导地线类、金具类和附属设施类典型作业项目，若不停用直流线路再启动功能，由于作业过程中未在极地或极间使用绝缘承力工具，故这几类带电作业项目均可以安全开展。但需要注意的是，作业人员采用吊篮法进入等电位后，宜与塔上电工配合将吊篮收回，以避免吊篮及其配套绝缘绳长时间位于地电位杆塔构架和高电位线路之间，避免因天气突变使得绝缘绳索性能急剧下降而造成短路触发再启动功能的风险。

图1 ±800 kV特高压输电线路典型杆塔结构尺寸

分析特高压直流带电作业典型项目可否不停用直流线路再启动功能，如表1所示。

4 结 论

1)在不停用直流线路再启动功能的情况下，考虑特高压直流输电线路的最大操作过电压水平，对带电作业安全距离进行校核计算分析，结果表明：特高压直流线路塔头空气间隙尺寸一般均满足带电作业最小安全距离的要求。

2)在不停用直流线路再启动功能的情况下，对输电线路4类典型作业项目进行安全性分析，结果表明：在各类典型项目中，若极地之间使用有绝缘承力工具，如带电更换整串绝缘子项目，因存在绝缘性能失效的可能性，从而可能导致极地之间反复击穿闪络，以至事故扩大。因此开展该类带电作业项目应停用直流线路再启动保护功能，

表1 带电作业典型项目分析

3)其他未在极地之间使用有绝缘承力工具的作业项目，如导地线类、金具类和附属设施类典型作业项目，可以不停用直流线路再启动保护功能。