±800 kV 同塔双回线路带电作业电场防护仿真分析

2021-01-25白剑锋张惺温智慧赵蓉高峰

湖南电力 2020年6期

白剑锋，张惺，温智慧，赵蓉，高峰

(长沙电力职业技术学院，湖南长沙410131)

0 引言

随着直流输电技术的快速发展, 我国目前已建成十余条特高压直流输电线路, ±800 kV 直流同塔双回输电线路可增大单位输电走廊的输送容量, 节省线路走廊和工程投资, 是解决线路通道问题的优选方案, 尤其在走廊特别紧张的经济发达地区, 其优势显得更加突出[1-4]。由于±800 kV 直流线路对于供电的可靠性要求极高, 一般不存在停电作业的可能, 因此带电作业是保障输电线路可靠性运行的重要措施[5-8]。然而作业人员电场安全防护是带电作业领域中十分重要的问题[9-10]。目前, 对于交流输电线路带电作业人员的安全防护, 我国经过多年的实践已经具有丰富的经验[11-12]。而对于直流输电线路的研究我国仍处于完善阶段, 特别是针对特高压直流同塔多回输电线路, 相关带电作业问题仍在进一步深入研究之中[13-15]。

为了研究±800 kV 同塔双回线路带电作业人员的电场安全防护情况, 本文利用COMSOL 软件建立±800 kV 直流同塔双回线路和人体仿真模型, 计算分析不同位置作业人员的体表电场强度分布情况, 进而确定带电作业人员安全防护措施。研究结果可为±800 kV 直流同塔双回线路带电作业电场安全防护提供参考。

1 线路杆塔空间电场强度仿真分析

选取±800 kV 直流同塔双回输电线路某一杆塔, 采用CAD 构建基本杆塔模型。由于杆塔结构过于复杂, 在仿真计算中对于计算机内存要求较高。为了方便分析又能够准确地了解输电线路杆塔空间电场强度情况, 本文研究中不考虑杆塔角钢结构, 只考虑整个杆塔的外形。因而采用简化的杆塔模型, 同时杆塔和地形在仿真中都做统一的接地处理。±800 kV 直流输电线路一般都是六分裂导线,所以其可以采用等效半径的方式进行建模, 以减少COMSOL 软件抛分的计算量。

通过COMSOL 仿真得到杆塔空间电场分布情况, 如图1 所示。通过图1 可发现, 一是导线附近具有很高的场强, 那么对于在等电位作业的人员来说需要特别注意安全防范；其二是在地电位作业时, 有三处场强相对较高的地方, 分别为横担中部、横担端部以及杆塔中部靠近导线处。

图1 杆塔空间电场强度分布情况

2 作业人员的场强仿真分析

2.1 人体的仿真模型

由于实际人体模型相对复杂, 无法进行详细的分析计算, 为此通过构建简化的人体模型用于实际的仿真计算分析。人体各部分的参数见表1。有研究表明人体的属性与水最为接近, 因此在仿真计算中将人体模型用水作为仿真用的材料, 设置其介电常数为75, 其他参数项可以同水材料设置[2]。

表1 人体模型尺寸

2.2 地电位带电作业

从杆塔电场强度仿真分析结果可知, 地电位作业中有三处电场强度相对较大, 为了分析在这三处带电作业时的电场强度情况, 分别进行带电作业人员在横担端部、横担中部和塔身中部的电场仿真。

表2 为地电位作业时人体的最大电场强度值,方式1 为带电作业人员在横担端部；方式2 为带电作业人员在横担中部；方式3 为带电作业人员在塔身中部。由表2 可知方式1 的最大场强在脚部达到354.5 kV/m, 方式 2 的最大场强在手部达到104.6 kV/m, 方式 3 的最大场强在手部达到136.4 kV/m。图2 为三种情况下的带电作业人员体表电场分布情况。

表2 地电位作业时人体表面最大电场强度

图2 地电位作业人体电场分布情况

2.3 等电位带电作业

等电位作业是指带电作业人员身体与导线同处在一个电位, 是一个等势体。人体在分裂输电导线中进行作业时存在四种方式, 如图3 所示, 分别为带电作业人员站立在导线上、匍匐在导线上、倚靠在导线上、坐在导线上。

图3 等电位作业时的仿真图

针对上述四种等电位作业方式进行仿真分析,结果如图4 所示。表3 为仿真的数值结果, 方式A为站立在导线上, 方式B 为匍匐于导线上, 方式C为倚靠在导线上, 方式D 为坐在导线上。可知方式A 的最大场强在头部达到1 314.3 kV/m, 方式B最大场强在手部达到114.6 kV/m, 方式C 最大场强在头部达到1 967.7 kV/m, 方式D 最大场强在脚部达到1 949.2 kV/m。