那曲高海拔地区110 kV 输电线路带电作业可行性分析

吕 鑫，吴 健，朱丽君，马秀林

（1.国网西藏电力有限公司那曲供电公司，西藏 那曲 852000；2.台州宏达电力建设有限公司台州市开发区运检分公司，浙江 台州 318000）

0 引言

随着电网不断发展，带电作业已成为提高供电可靠性的重要手段[1]。近年来的多项试验结果表明，海拔越高，空气越稀薄，放电越容易，放电电压越低[2]，因此高海拔地区架空输电线路绝缘配置与低海拔地区相差很大[3]。DL/T 1634—2016《高海拔地区输电线路带电作业技术导则》中对1 000～4 500 m 海拔带电作业有详细规定，对4 500～5 000 m 海拔范围带电作业没有说明和相关安全距离规定[4]。4 500～5 000 m 海拔输电线路带电作业既没有参考文献，也没有相关实践经验。由于停电作业极大地影响输电线路供电可靠性，带电作业是电网运维检修大趋势，所以研究4 500～5 000 m 高海拔地区带电作业可行性很有必要。

1 那曲地区带电作业影响因素分析

1.1 环境因素

那曲地区位于西藏西北部，总面积达45 万km2，海拔均在4 450 m 以上，高寒缺氧，气候干燥，氧气浓度为内地的50%左右[5]。那曲地区空气稀薄、密度较小，电气强度下降，需要做好验算工作。

1.2 设备因素

那曲电力系统经过多年发展，目前110 kV 主网架初具规模，共有110 kV 变电所13 座，线路2 400 km，输电线路所在地区海拔4 000～5 000 m。在内地110 kV 输电线路带电作业方法非常成熟[6-7]，但是没有4 500～5 000 m 高海拔带电作业先例参考。

1.3 工器具因素

虽然那曲地区未开展过高海拔带电作业，但是国际、国内有关110～500 kV 带电作业的配套工器具已经非常成熟，可以借鉴[8]。

1.4 安全距离因素

《国家电网公司输变电工程通用设计（西藏电网110～500 kV 输电线路分册）》中所有杆塔都考虑了带电作业间隙，其中4 500～5 000 m 海拔带电作业考虑值为1.9 m[9]，但没有相关计算说明和实践验证。

2 带电作业案例分析

以那曲地区德聂Ⅰ线作为目标线路，计算分析带电作业可行性。

2.1 线路概况

110 kV 德聂Ⅰ线起始于那曲德吉开关站，终止于聂荣变电站，全长85 km，海拔4 000～5 000 m，杆塔型式以直线塔型1×2-ZBC2 和耐张塔型1×2-JBC1 为主，绝缘子片数按照耐张塔14 片、直线塔13 片配置。

那曲地区杆塔主力直线塔型1×2-ZBC2（见图1），绝缘配置为13 片146 mm 绝缘子；那曲地区杆塔主力耐张塔型1×2-JBC1（见图2），绝缘配置为14 片146 mm 绝缘子。

2.2 安全距离验算

2.2.1 带电作业安全距离

带电作业的安全距离是带电作业人员与带电设备保持的最小安全距离，考虑最大过电压来确定最小安全距离，然后加以修正[10]，本文根据GB/T 19815—2008《交流线路带电作业安全距离计算方法》[11]计算带电作业安全距离。

图1 直线塔型1×2-ZBC2

图2 耐张塔型1×2-JBC1

根据GB/T 19815—2008《交流线路带电作业安全距离计算方法》，考虑带电作业停用重合闸，系统直接接地，110 kV 系统相对地2%统计过电压倍数ke值取3.0，相间2%统计过电压倍数kp=1.33ke+0.4=4.39。

（1）作业位置的统计过电压U2%

相间2%统计过电压：

式中：Um为正常运行条件下系统中出现的最高运行电压有效值（相间），取Um=126 kV。

相对地2%统计过电压：

（2）绝缘间隙的统计耐受电压U90%

不同海拔高度和U90%值的海拔修正系数k 取值见表1。

表1 不同海拔高度和U90%值的海拔修正系数 k

根据表1 数据，取400～599 kV 范围，采用最小二乘法拟合，得到3 000～5 000 m 海拔拟合修正系数ka，见表2。

表2 海拔3 000～5 000 m 地区的海拔拟合修正系数 ka

由于那曲地区海拔基本在5 000 m 及以下，为适应大部分地区，取ka=0.621。

绝缘间隙的统计耐受电压：

式中：ks为统计安全系数，取常用参考值1.1。

最小电气安全距离DUx（取综合系数kt=1）为：

相对地绝缘间隙的统计耐受电压：

最小电气安全距离DUd（取综合系数kt=1）：

（3）最小安全距离

考虑到带电作业时人尽量活动范围小并留有足够裕度，人的活动范围DE取0.5 m。

相间最小安全距离：

相对地最小安全距离：

最小组合间隙（中间电位导体影响系数kf取1.2，中间电位导体占位长度F取0.5 m）：

2.2.2 国外高原系数取值

按照美国、日本相关试验，海拔修正以海拔每升高100 m，放电电压平均下降1%[12]，那曲地区输电线路海拔4 000～5 000 m，取最高5 000 m，则系数值K=40%。

2.2.3 110 kV 输电线路带电作业参数对比取值

海拔1 000 m 及以下各参数值根据DL 5009.2—2013《电力建设安全工作规程 第2 部分：电力线路》按照取高原则取值[13]，具体数据见表3—表9。

表3 人身裸露部分与带电体最小安全距离 H1

表4 绝缘操作杆最小有效绝缘长度 H2

表5 绝缘承力工具、绝缘绳索最小有效绝缘长度 H3

表6 等电位作业与邻相最小安全距离 H4

表7 最小组合间隙 H5

2.2.4 带电作业危险率计算

带电作业的危险率是能否开展带电作业的关键指标[14]，国内常用的危险率计算方法有统计法和惯用法[15]，我们用两种方法分别计算校验。

表8 等电位作业人员对地安全距离 H6

表9 人体裸露部分与带电体安全距离 H7

（1）统计法

杆塔绝缘间隙的50%放电电压：

海拔4 000～5 000 m 相间取kg=1.45，D=2.38 m，即：

相对地取kg=1.2，D=1.93 m，即：

带电作业危险率：

式中：P0（U）为操作过电压幅值为U 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函数。

式中：Ua为操作过电压平均值；σ0为过电压的相对标准偏差，取5%或试验值。

式中：σd为空气间隙放电电压相对标准偏差，取σd=5%。

式中：过电压相对标准偏差[σ0]取12%。

则带电作业危险率分别为：

根据GB/T 18037 规定，可接受的危险率水平应小于1×10-5，以上两个计算结果均为离散无限趋近于0，远小于1×10-5，满足带电作业要求。

（2）惯用法

确定系统最大过电压U0max，系统操作过电压倍数K0取3.0，电压升高系数Kr取1.15，系统额定电压（有效值）UH取110 kV。

安全裕度系数A 取1.2，计算绝缘最低耐受强度：

2.2.5 杆塔设备校验

（1）直线塔型1×2-ZBC2，绝缘配置为13 片146 mm 绝缘子

地电位作业时：取绝缘子串配套金具长度150 mm，此时作业人员在杆塔横担上对边相作业时，H=（13×146+150）mm=2 048 mm＞H1＆H2；地电位作业人员位于横担下方与导线平行处对边相导线带电作业时，H=3 050 mm＞H1＆H2；地电位作业人员位于横担下方与导线平行处对中相导线带电作业时，H=2 450 mm＞H1＆H2；均满足带电作业安全距离要求。

等电位作业时：作业人员等电位边相作业时，与横担距离（人体不超过第一片瓷瓶）H=（13×146）mm=1 898 mm＞H6，与中相导线距离6 700 mm＞H4；等电位作业人员位于中相导线带电作业时，与横担距离1 898 mm＞H6，与边相导线距离6 700 mm＞H4，与塔身平行距离2 450 mm＞H6＆H5；均满足带电作业安全距离要求。

（2）耐张塔型1×2-JBC1，绝缘配置为14 片146 mm 绝缘子

地电位作业时：取绝缘子串配套金具长度200 mm，此时作业人员在杆塔横担上对边、中相作业时，H=（14×146+200）mm=2 244 mm＞H1＆H2；地电位作业人员位于横担下方与跳线最低点平行处对边相导线带电作业时，H=2 870 mm＞H1＆H2；地电位作业人员位于横担下方与跳线最低点平行处对中相导线带电作业时，H=3 300 mm＞H1＆H2；均满足带电作业安全距离要求。

等电位作业时：作业人员等电位边相作业时，与横担距离（人体不超过第一片瓷瓶）H=（14×146）mm=2 044 mm＞H6，与中相导线距离7 300 mm＞H4；等电位作业人员位于中相导线带电作业时，与横担距离2 044 mm＞H6，与边相导线距离7 300 mm＞H4；均满足带电作业安全距离要求。

3 结语

在那曲高海拔地区，还未有4 000～5 000 m海拔带电作业研究和实践经验。本文分析了影响带电作业的主要因素，进行了多种方法的带电作业安全距离校验以及实际工况设备的带电作业校验，结果均表明在控制好安全距离的前提下，可以开展110 kV 地电位和等电位带电作业。本文仅在技术层面探讨了那曲地区4 000～5 000 m 高海拔开展110 kV 输电线路带电作业的可行性，那曲地区因为环境恶劣，实际开展带电作业有诸多困难，尚需进行深入研究。