帶電安裝220kV輸電線路避雷器技術研究

趙學軍

【摘要】本文針對220kV輸電線路桿塔帶電安裝避雷器帶電作業新項目進行分析研究，通過對避雷器性能試驗、安全距離計算、可行性分析，確定了帶電作業的方法、操作步驟和安全注意事項，解決了帶電安裝線路避雷器的技術難題，提高了輸電線路可靠性。

【關鍵詞】輸電線路；避雷器；帶電作業；方法

0前言

江西省地貌是以丘陵、山地為主，雷電活動頻繁，受此因素影響架空輸電線路雷擊跳閘率居高不下，嚴重影響著電網安全運行。為了減少因雷害引起輸電線路故障跳閘，確保架空輸電線路的可靠運行，江西省電力公司全面實施架空輸電線路差異化防雷改造試點工作，由于線路用復合外套氧化鋅避雷器是一種性能優異的過電壓保護設備，目前廣泛應用在雷電活動頻繁地區架空輸電線路上，對降低架空輸電線路雷擊跳閘率效果明顯，計劃在我公司管轄的5條220kV輸電線路上安裝線路避雷器165支。因涉及需停電的220kV輸電線路較多，給電網運行方式安排造成較大困難，為保證供電可靠性，部分輸電線路桿塔的避雷器安裝工作需通過帶電作業方式進行。220kV輸電線路帶電安裝避雷器技術在江西電網尚屬空白階段，為此公司領導高度重視，組織相關專業人員成立技術攻關小組，針對開展帶電作業的輸電線路及桿塔，進行現場勘察、資料收集、計算分析、科學試驗和模擬操作，確認了項目的可行性，并成功運用于實際生產中。

1避雷器的特性、結構和技術參數

１．１避雷器特性

贛西電網安裝的輸線路避雷器為有串聯間隙復合外套金屬氧化物線路避雷器。以寧波國創高壓電器公司YH10CX-204/592型（220kV）氧化鋅避雷器為例介紹避雷器相關技術參數。該避雷器由本體和外串聯間隙組成。避雷器本體采用的非線性金屬氧化鋅（MOA）電阻片作芯體；外絕緣材料為硅橡膠，具有良好的機械性能和電氣性能，兩頭用電極壓緊密封而成。

避雷器伏安特性分為三個區域：區域1為小電流區，電流在1mA以下，非線性系數較高，曲線較陡峭，正常運行相電壓下，氧化鋅閥片工作于小電流區，其阻值很大，相當于絕緣體；區域2為工作電流區，工作電流在10-3～3×103 A之間，非線性系數較小，此區域伏安曲線比較平坦；區域3為飽和電流區，此區域中非線性系數較大，伏安特性曲線較為陡峭。

1.2避雷器結構

YH10CX-204/592型線路避雷器本體長為3.7m，中間由直角掛板相連。避雷器長為1.871m與0.96±0.2m長的外串聯間隙相連，上節首端由16mm2塑銅導線引至雷擊計數器表上。為了使避雷器能夠安裝在桿塔上，避雷器上端（低壓端）通過支架（或直接由U型掛環）固定在橫擔塔材上，尾端（高壓端）通過聯接金具固定在運行導線上。

１．３避雷器主要技術參數

220kV輸電線路安裝的帶外間隙復合外套金屬氧化物避雷器型號為：YH10CX-204/592型，其技術參數：額定電壓為204 kV；標稱放電電流為10 kA；直流1mA參考電壓為296 kV；雷擊沖擊殘壓峰值為592 kV；方波通流容量為600 A；大電流沖擊耐受為100 kA；傘型外徑為219 mm /189 mm /99 mm /56 mm；爬電距離為5156 mm；1min工頻耐受電壓(有效值)≥370 kV；避雷器重量（含間隙棒、金具）為53 kg。

１．４避雷器正常使用條件

A、環境溫度不高于+45℃，不低于-40℃；

B、太陽光輻射強度：0.11w/cm2；

C、海拔高度≤2000米；

D、交流電源頻率：50Hz；

E、月相對濕度平均值≤90%；

F、最大風速≤35m/s；

G、地震烈度7度及以下地區；

H、覆冰厚度≤20mm；

I、Ⅳ級以上重污穢地區。

２帶電作業安全距離

220kV電壓等級輸電線路過電壓按可能出現的最大過電壓考慮，根據DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》，確定220kV線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0p.u.。根據GB/T19185-2003《交流線路帶電作業安全距離計算方法》，可確定其帶電作業最小安全距離。

根據計算，可得絕緣間隙的統計耐受電壓U90%

相-地U90%=ksU2%=1.1×3.0×252×■/■=678.99kV

相-地U90%=ksU2%=1.1×（1.33×3.0+0.4）×252×■/■=993.60kV

則最小電氣安全距離為：

相-地Dmin=2.17[e■-1]m

相-相Dmin=2.17[e■-1]m

其中綜合系數kt=kdkgka，若取標準偏差系數kd=0.936；相地間隙系數kg=1.2，相間間隙系數kg=1.45 ；海拔修正系數ka=0.973（海拔高度為500mU90%在600～799kV時的海拔修正系數），ka=0.980（海拔高度為500mU90%在800～999kV時的海拔修正系數）。

經計算相對地最小電氣安全距離：1.687m，相間最小電氣安全距離：2.164m。按上述計算結果，還應適當考慮設備而凈空間條件和人身活動范圍、中間電位導體占位長度等因素，結合國網公司《電力安全工作規程》中帶電作業安全距離要求。

綜上所述，確定220kV輸電線路帶電作業最小安全距離：

相-地：1.8m；相-相：2.5m；組合間隙：2.1m

3項目可行性分析

根據輸電線路實際情況對220kV帶外串間隙型線路避雷器工頻耐受電壓研究，包括整體避雷器工頻耐壓試驗和串聯間隙工頻耐壓試驗，根據試驗結果確定帶電安裝的安全性。

3.1避雷器試驗情況

通過江西省電力科學研究院對寧波國創高壓電器公司送檢的220kV帶外串間隙YH10CX-204/592型線路避雷器進行帶間隙工頻耐壓試驗，避雷器總長為3.700m，避雷器本體長為1.871m，外串聯間隙為0.96±0.2m，得出避雷器50%工頻放電電壓為394kV。

在安裝避雷器之前，進行規定的電氣試驗。要測量直流1mA以下的電壓U1mA及電壓為75%U1mA以下的泄漏電流，為此公司高壓試驗班對YH10CX-204/592型線路避雷器進行了該項目試驗 ，測量結果發現直流參考電壓U1mA為300 kV，0.75U1mA漏電流Id為8.0μA。

３．２帶電安裝可行性分析

避雷器要帶電安裝前，應先計算一下實際作業的安全水平。220kV帶電作業從絕緣配合的角度主要考慮操作過電壓和工頻暫態過電壓。習慣做法就是把系統可能出現的最大操作過電壓幅值，作為帶電作業可能遇到的內過電壓值。

操作過電壓的幅值：

U■=■K■K■=■2.6×1.15=537(kV)

整支避雷器工頻耐受電壓(有效值)為394kV，則其峰值為U■=394×■=557kV＞537kV，故此時避雷器在帶電作業中可滿足承載電壓要求。

又因避雷器在0.75U1mA=300kV泄漏電流=14μA，小于帶電作業要求：較長時間通過人體電流可允許在0.1mA。同時根據避雷器氧化鋅伏安特性曲線圖可知，MOA閥片運行于1區域，此時避雷器為高阻抗狀態，避雷器本體此時看作是絕緣器材。

由避雷器結構和避雷器結構圖可知，避雷器最大有效絕緣長度：L=0.96+1.871=2.831m

根據上式計算可知避雷器安裝最大有效絕緣長度L滿足帶電作業最小有效絕緣長度2.1 m（如海拔高度超過1000m需考慮修正系數）要求。綜上所述，YH10CX-204/592型避雷器可帶電安裝。

通過理論分析、參數實驗和實踐證明：帶電安裝線路氧化鋅避雷器具有可行性。

４帶電安裝避雷器進、出電場的途徑和方法

本次實施帶電安裝避雷器項目在220kV白吉線，安裝桿塔為220kV單回路直線桿塔，桿塔類型為主： Z∏直線砼桿、ZM直線鐵塔兩種，以這兩種塔型為代表，為了保證在安裝時有足夠的安全距離，需要對不同線路鐵塔類型塔頭空氣間隙進行計算、核實。如滿足帶電安裝避雷器條件，其它均可滿足。所以，按這兩種塔型為例，根據塔頭間隙的大小確定等電位人員進、出電位的途徑和方法。

220kV輸電線路帶電作業采用的進、出電位的方法主要有以下幾種：

（1）沿絕緣子串進入法；（2）絕緣立（掛）梯進入法；（3）吊籃進入法；（4）絕緣平梯進入法；（5）絕緣軟梯進入法。

（1）沿絕緣子串進入法

主要適用于耐張塔和絕緣串較長（組合間隙滿足要求）的作業，本項目為直線桿塔，不能采用。

（2）絕緣立（掛）梯進入法

主要適用于輸電線路導線上的帶電作業，由于絕緣立（掛）梯長度有限（≤20m），加之所需安裝避雷器220kV直線桿塔多位于山區，桿塔較高、地形復雜，且梯身較長，重量大，不易安裝，費時費力，不采用。

（3）吊籃進入法

在塔頭空氣間隙足夠大時，適用于500kV直線、耐張塔跳線懸垂串上的作業，由于220kV輸電線路多為單導線，吊籃多采用絕緣繩索類工具進入電場，作業人員在導線上不易安裝，作業人員勞動強度大，不采用。

（4）絕緣平梯進入法

塔頭空氣間隙較大時，適合220kV直線和耐張桿塔絕緣子串的作業。

在工作桿塔上安裝平梯長L≥5000mm，平梯結構尺寸60×40橢圓環氧管，中心距寬B=350，平梯前端掛在下導線上，后端用絕緣繩固定在塔身上。

等電位作業人員進出電位時通過平梯直接到達電場，桿塔尺寸（3m）大于組合間隙 （2.1m)安全要求，但安裝避雷器后退出電場時會占據避雷器間隙尺寸，對人身安全產生影響。

適用于220kV單回輸電線路桿塔中相帶電安裝避雷器

（5）絕緣軟梯進方法

塔頭空氣間隙較大時，適合220kV單回線路（雙回僅限下相）直線和耐張桿塔絕緣子串的作業。

在桿塔導線上安裝絕緣軟梯，軟梯由梯頭、絕緣繩梯連接組成，鋁合金梯頭掛在導線上，絕緣繩梯尾端下垂至地面。

等電位作業人員沿絕緣軟梯垂直進入電場，桿塔尺寸（3m）大于組合間隙 （2.1m)安全要求，安裝避雷器及退出電場時，作業位置在避雷器安裝位置相反方向，作業不會占據避雷器間隙尺寸，滿足作業安全要求。

5作業方案

５．１作業方法

地電位與等電位配合軟梯作業法。

5.2適用范圍

適用于220kV單回（單回水平排列）直線砼桿避雷器的安裝工作。

５．３人員組織

本作業項目工作人員共計8人。其中工作負責人（監護人）1人，塔上電工2名、等電位電工1名、地面電工4名。

５．４工器具配備

絕緣傳遞繩（TJS-B-12-F）3根，支架固定絕緣繩（GJS-B-12-F）1根，絕緣軟梯（220KV）1副，絕緣操作桿（Ф30×4.5m）1根，絕緣滑車（JH5-1K）2只，絕緣繩套（Ф14）2根；軟梯架（TR-2）1副，跟頭滑車（GDH-1）1只，絕緣扳手（BY-3）4把，拔銷鉗3把；安全帶（帶后備保護繩）4根，安全帽8頂，屏蔽服（Ⅰ型）3套，導電鞋3雙；絕緣測試儀（RST2000）1臺，測濕風速儀（衡欣8909）1臺，萬用表1塊，防潮苫布（2.5×4.5m）1塊，個人工具包2只，工具袋4只，腳扣（Ф300或400）2副。

５．５作業程序

（１）辦理工作許可手續，核對線路雙重名稱和桿號、桿塔檢查，現場作業環境測量，工器具組裝檢查、絕緣測試，屏蔽服連接檢查、電阻測量，做好準備工作。

（２）塔上作業人員攜帶絕緣傳遞繩登塔至橫擔位置，系好安全帶，掛好絕緣傳遞繩。

（３）地面電工配合塔上作業人員在導線上安裝絕緣軟梯，并吊上避雷器支架，塔上作業人員在橫擔處安裝好支架。

（４）等電位電工沿絕緣軟梯進入強電場至導線上工作位置，安裝好線夾。

（５）地面電工連接好避雷器及絕緣間隙并吊上，塔上電工掛安裝好避雷器及其附件。

（６）塔上電工用操作桿控制好避雷器支撐間隙，工作負責人許可后，地面電工收緊傳遞繩，將避雷器支撐間隙下端拉至導線處放電，等電位電工將避雷器與線夾連接好，拆除短接線。

（７）等電位電工沿絕緣軟梯退出電場下至地面。

（８）塔上電工拆除工具放至地面，檢查避雷器安裝情況，清理作業現場，終結工作。

５．６安全措施及注意事項

（１）塔上電工對帶電體的安全距離不小于1.8m，絕緣承力工具、絕緣傳遞繩有效絕緣長度不小于1.8m；絕緣操作桿的有效長度不小于2.1m。

（２）等電位電工對接地體的安全距離不小于1.8m，等電位電工轉移電位時人體裸露部分與帶電體不小于0.3m，其組合間隙不小于2.1m，等電位電工與鄰相帶電導線的安全距離不小于2.5m。

（３）避雷器支架安裝到位，臨時絕緣固定繩可靠固定后，地電位電工必須進行沖擊試驗合格后，方可進行安裝避雷器。

（４）在塔上電工配合等電位電工安裝避雷器時，等電位電工在避雷器接近帶電體時先用短接線（長度不超過30cm）搭住屏蔽環連接好后再用手進行操作，不得用屏蔽服作為載流體直接用手接觸避雷器，以免電容電流和泄漏電流造成對等電位人員的傷害。

（5）避雷器接地端（接計數器處）必須經放電計數器接地或直接接地，嚴禁將避雷器接地端開路，安裝時先將放電計數器安裝在靠近避雷器附近便于觀察的位置上，連接好接地母線，然后將放電計數器高壓接線端用螺栓和母線連接在避雷器接地端上（避雷器底座的上部法蘭上，避雷器通過放電計數器接地）。

（6）避雷器安裝方法應嚴格按產品說明書圖示安裝，緊固所有螺栓，并防止松動；工作完畢后應彈簧銷子和開口銷子是否齊全到位；避雷器搬運時應攜帶包裝，嚴防銳器劃傷避雷器絕緣傘套，水平放置時應避免使傘裙受力。起吊時嚴禁發生碰撞。

（7）作業人員在桿塔上作業期間，工作監護人應對作業人員進行不間斷監護，且不得從事其他工作。

（8）本次作業工作前應向調度明確：若線路跳閘，不經聯系不得強送電。

（9）作業應良好天氣下進行。如遇雷電（聽見雷聲、看見閃電）、雪雹、雨霧時不得進行帶電作業。風力大于5級（10m/s）時，不宜進行帶電作業。

6結論

此方法于2012年04月在220kV白吉線113#直線砼桿進行了避雷器帶電安裝操作，按照作業方案步驟，嚴格執行安全措施，作業人員相互配合，用時約1小時安全順利的完成工作，現場運用成功，達到預期目標，拓寬了帶電作業領域。220kV白吉線帶電安裝避雷器的成功，開創了江西電網帶電安裝220kV輸電線路避雷器的先例，填補了帶電作業項目空白，為220kV輸電線路其它塔型（耐張塔、雙回桿塔）實施帶電安裝避雷器工作積累經驗，打下基礎，同時也為今后輸電線路避雷器的檢修維護工作探索了新的作業方式。

【參考文獻】

［１］GB/T19185-2008 交流線路帶電作業安全距離計算方法[M].中國電力出版社,2009.

［２］國網公司組編.帶電作業操作方法（輸電線路）[M].中國電力出版社,2009.

［責任編輯：劉帥］