500kV线路杆塔引流板带电消缺安全校核

张华杰 朱 丹 曾 东 温 镇

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314033）

随着我国电力事业的飞速发展，各电压等级输电线路和用电客户数量迅速增加，线路负荷也大幅增长。输电线路长期暴露在户外，运行环境复杂，使得线路设备易产生锈蚀、磨损和发热等缺陷，耐张线夹引流板发热是输电线路运行中经常发生的问题之一。在线路满负荷运行情况下，耐张线夹引流板发热问题尤其突出，如不及时消除，会影响线路正常负荷的输送，严重时会发生熔断引流线的事故。为生产实际需要，嘉兴电力局应浙江省电力公司要求，根据其所辖的500kV输电线路特点，采用理论分析、试验研究和现场应用试验相结合的研究方法，研制开发引流板带电消缺专用工器具[1-7]。

鉴于引流板带电消缺作业项目的特殊性，作业人员进入作业位置的过程可能与常规带电作业有所差异，因此有必要对典型杆塔上引流板带电消缺作业过程中可能面对安全距离和组合间隙进行校核，以保证作业人员的安全。

本文在对收集到的500kV线路杆塔资料进行分析之后，再根据实际塔型和尺寸，通过计算，得到开展引流板带电消缺作业时，作业人员的作业间隙及作业险率，分析带电作业的安全性。

1 校核方法及步骤

按照下列方法及步骤校核典型塔型的带电作业最小安全距离及各种进入方式的组合间隙。

1）确定各电压等级杆塔的典型带电作业位置及进入途径。

2）由于本次调研 500kV杆塔各部位尺寸及杆塔宽度与以往带电作业研究的同等电压等级杆塔十分相近，以往带电作业研究的同等电压等级杆塔的试验研究结果已经拟合成典型的带电作业间隙操作冲击放电曲线。因此，根据这些曲线计算各电压等级杆塔间隙的操作冲击50%放电电压值，并进行海拔校正。

3）根据各典型作业位置的操作冲击50%放电电压及海拔校正结果，计算各典型作业位置的带电作业危险率，依据相应危险率的计算结果，对 500kV线路杆塔的作业间隙及进入强电场的途径进行校核。

2 带电作业间隙操作冲击放电特性

IEC 60071-2-1996《Insulation Coordination Part 2 Application Guide》推荐的空气间隙缓波前过电压绝缘特性的经验公式如下[8]：

以上公式中，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。

本研究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公式及拟合曲线。

3 气象及海拔高度修正

本文中列出的所有试验数据，均已经按 GB/T 16927.1—1997《高电压试验技术第一部分：一般试验要求》修正为标准气象条件下的数据[9]。

在确定带电作业最小安全距离和最小组合间隙时，需考虑海拔高度的影响。海拔校正系数Ka采用IEC 60071-2-1996推荐公式：

式中，H为海拔高度（m）；m为与最小放电路径及电压波形相关的系数。为满足工程实际需求，进行了海拔1000m的校正。

4 带电作业危险率计算

在带电作业中，通常将绝缘破坏的概率称为危险率。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都服从正态分布，带电作业的危险率（国家规定：R0＜1.0×10-5）可由下式计算求得：

式中，P0(u)为操作过电压幅值的概率密度函数，Pd(u)为空气间隙在幅值为u的操作过电压下击穿的概率分布函数，分别为

式中，um为操作过电压平均值（kV）；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）。

运用上述数学模型可编制计算程序，根据试验结果计算相应的带电作业危险率，在计算中，系统相对地最大操作过电压 U0.13取 2.18p.u.，相对标准偏差取为 12%，操作过电压平均值 Um可按下式计算：

式中，[σ0]为过电压相对标准偏差。

5 500kV杆塔带电消缺作业安全校核

5.1 STJ4耐张杆塔带电消缺作业安全校核

1）引流线对侧面塔身地电位人员安全距离校核

调研浙江地区各500kV输电线路典型的耐张、转角杆塔，其常用塔型为STJ系列，图1为500kV STJ4耐张杆塔示意图。

图1 500kV STJ4耐张杆塔示意图

考虑引流线对侧面塔身地电位人员放电，对500kV线路各相引流线的带电作业安全距离进行校核。考虑带电作业时的人体占位0.5m。具体的计算结果如表1中所示。

表1 引流线对侧面塔身地电位人员安全距离校核结果

根据 STJ杆塔的塔型设计，在除去人体占位0.5m后，STJ4塔中上相该位置的间隙距离为5.9m，中相该位置的间隙距离为9.5m，下相该位置的间隙距离为7.5m。由表1的计算结果可知，此种作业位置，STJ4杆塔的距离均满足带电作业的安全性要求。

2）引流线对其下方横担上地电位人员安全距离校核

考虑到作业人员在横担上移动时，可以采用俯身弯腰低头等姿势；在作业中，可以采用蹲姿作业，以降低人体占位高度。因此，在对作业人员与其上引流线安全距离校核时，按1.0m考虑人体活动范围即可。针对该作业位置的带电作业危险率的计算结果如表2和表3中所示。

表2 引流线对其下方横担上地电位人员安全距离校核结果（引流线自然悬挂）

表3 引流线对其下方横担上地电位人员安全距离校核结果（引流线采用跳串悬挂）

根据 STJ4杆塔的塔型设计，在除去人体占位1.0m后，若引流线采用自然悬挂的架构方式，STJ4塔中第二层横担该位置的间隙距离为5.5m，第三层横担该位置的间隙距离为4.5m；若引流线采用跳线悬挂的架构方式，STJ4塔中第二层横担该位置的间隙距离为 5.3m，第三层横担该位置的间隙距离为4.3m。

由表2的计算结果可知，STJ4杆塔引流线采取自然悬挂方式时，此种作业位置的安全距离均满足带电作业的安全性要求（人体在海拔1000m时第二层横担上作业的危险率为5.66×10-16）。

由表3的计算结果可知，STJ4杆塔引流线采取跳串悬挂方式时，此种作业位置的安全距离均满足带电作业的安全性要求（人体在海拔1000m时第二层横担上作业的危险率为3.35×10-15）。

3）耐张绝缘子串安全距离校核

根据耐张串等电位操作冲击放电试验及不同海拔高度下的海拔校正系数，对500kV STJ4杆塔耐张串的安全距离进行校核，考虑人体占位范围为0.5m，校核的结果如下表4中所示。由表4的计算结果可知，STJ4杆塔的耐张串绝缘子配置均可以满足带电作业安全距离的要求。

表4 耐张绝缘子串安全距离校核结果

4）耐张绝缘子串组合间隙校核

根据耐张串等电位操作冲击放电试验及不同海拔高度下的海拔校正系数，对500kV STJ4杆塔耐张串的组合间隙进行校核，考虑人体占位范围为0.5m，校核的结果如表5中所示。

表5 耐张绝缘子串组合间隙校核结果

由表5的计算结果可知，STJ4杆塔的耐张串绝缘子配置可以满足带电作业安全距离的要求，即使在海拔1000m条件下，24片绝缘子串带电作业组合间隙的带电作业危险率也仅为 3.42×10-10。因此，使用沿耐张串进入等电位的方法是满足带电作业安全性要求的。

根据上述 STJ4杆塔安全距离和组合间隙的校核结果可知，在STJ4杆塔上进行带电消缺作业是安全的。

5.2 STJ2转角杆塔带电消缺作业安全校核

1）引流线对侧面塔身地电位人员安全距离校核

考虑引流线对侧面塔身地电位人员放电，对500kV线路各相引流线的带电作业安全距离进行校核。考虑带电作业时的人体占位0.5m。具体的计算结果如表6中所示。

根据 STJ2杆塔的塔型设计，在除去人体占位0.5m后，STJ2塔中上相该位置的间隙距离为4.0m，中相该位置的间隙距离为7.5m，下相该位置的间隙距离为3.5m。由表6的计算结果可知，此种作业位置，STJ2杆塔的距离均满足带电作业的安全性要求。

表6 引流线对侧面塔身地电位人员安全距离校核结果

2）引流线对其下方横担上地电位人员安全距离校核

考虑到作业人员在横担上移动时，可以采用俯身弯腰低头等姿势；在作业中，可以采用蹲姿作业，以降低人体占位高度。因此，在对作业人员与其上引流线安全距离校核时，按1.0m考虑人体活动范围即可。针对该作业位置的带电作业危险率的计算结果如表7和表8中所示。

根据 STJ2杆塔的塔型设计，在除去人体占位1.0m后，若引流线采用自然悬挂的架构方式，STJ2塔中第二层横担该位置的间隙距离为6.0m，第三层横担该位置的间隙距离为5.0m；若引流线采用跳线悬挂的架构方式，STJ2塔中第二层横担该位置的间隙距离为 5.8m，第三层横担该位置的间隙距离为4.8m。

表8 引流线对其下方横担上地电位人员安全距离校核结果（引流线采用跳串悬挂）

由表7的计算结果可知，STJ2杆塔引流线采取自然悬挂方式时，此种作业位置的安全距离均满足带电作业的安全性要求（人体在海拔1000m时第三层横担上作业的危险率为5.79×10-18）。

由表8的计算结果可知，STJ2杆塔引流线采取跳串悬挂方式时，此种作业位置的安全距离均满足带电作业的安全性要求（人体在在海拔1000m时第三层横担上作业的危险率为5.78×10-18）。

3）耐张绝缘子串安全距离校核

500kV输电线路单片耐张绝缘子结构高度常用值为195cm和205cm，因此在校核中取单片耐张绝缘子结构高度为195cm。

根据耐张串等电位操作冲击放电试验及不同海拔高度下的海拔校正系数，对500kV STJ2杆塔耐张串的安全距离进行校核，考虑人体占位范围为0.5m，校核的结果如表9中所示。

表9 耐张绝缘子串安全距离校核结果

由表9的计算结果可知，STJ2杆塔的耐张串绝缘子配置可以满足带电作业安全距离的要求。

4）耐张绝缘子串组合间隙校核

根据耐张串等电位操作冲击放电试验及不同海拔高度下的海拔校正系数，对500kV STJ2杆塔耐张串的组合间隙进行校核，考虑人体占位范围为0.5m，校核的结果如表10中所示。

由表10的计算结果可知，STJ2杆塔的耐张串绝缘子配置可以满足带电作业安全距离的要求，即使在海拔1000m条件下，24片绝缘子串带电作业组合间隙的带电作业危险率为 3.42×10-10。因此，使用沿耐张串进入等电位的方法是满足带电作业安全性要求的。

表10 耐张绝缘子串组合间隙校核结果

根据上述 STJ2杆塔安全距离和组合间隙的校核结果可知，在STJ2杆塔上进行带电消缺作业是安全的。

5.3 500kV输电线路带电消缺最小安全距离与组合间隙

计算在500kV输电线路上进行引流板带电消缺作业时最小安全距离与最小组合间隙，如表 11所示，为500kV线路进行带电消缺作业提供理论依据。

表11 500kV输电线路最小安全距离与组合间隙

6 结论

本文针对引流板带电消缺作业的安全性，运用带电作业间隙操作冲击放电特性公式、气象及海拔高度修正公式、带电作业危险率计算公式进行了校核，得出了500kV杆塔引流板带电消缺作业安全校核结果，为500kV输电线路引流板带电消缺工具的研制以及带电作业提供了理论依据，对作业人员的安全提供了保证。

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[8]IEC 60071-2-1996, Insulation Coordination Part 2 Application Guide[s], 1996.

[9]GB/T 16927.1—1997,高电压试验技术第一部分:一般试验要求[s], 1997.

[10]国家电网公司电力安全工作规程(线路部分)[s].2009.