特殊環(huán)境條件下開斷空載線路電弧試驗(yàn)研究

吳炳衛(wèi)，趙 磊，董 俊，徐富良，鄧 華，陳義忠（. 昆明高海拔電器檢測(cè)有限公司，昆明 650；. 云南電網(wǎng)公司帶電作業(yè)分公司，昆明 65004）

?

特殊環(huán)境條件下開斷空載線路電弧試驗(yàn)研究

吳炳衛(wèi)1，趙 磊1，董 俊1，徐富良1，鄧 華2，陳義忠2
（1. 昆明高海拔電器檢測(cè)有限公司，昆明 650221；2. 云南電網(wǎng)公司帶電作業(yè)分公司，昆明 650041）

摘要：帶電作業(yè)斷開空載電纜線路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電弧，危及人身和財(cái)產(chǎn)安全。研究的目的是通過模擬帶電操作空載電纜線路時(shí)的速度，斷開距離和容性電流，考慮在特殊環(huán)境條件下，分別斷開0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的電容電流時(shí)的燃弧情況。

關(guān)鍵詞：帶電作業(yè)；電弧；容性電流；海拔；濕度

引言

目前，國內(nèi)10 kV配電線路帶電作業(yè)已經(jīng)在電網(wǎng)公司普遍開展，作業(yè)方式也有多種，如更換絕緣子、斷、接引線、更換跌落保險(xiǎn)或避雷器、帶負(fù)荷加裝分?jǐn)嚅_關(guān)、負(fù)荷刀閘等。在具體的技術(shù)要求上已經(jīng)發(fā)布了一系列的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)帶電作業(yè)工作，但對(duì)于高原地區(qū)不同海拔條件下的具體技術(shù)要求暫無。

本試驗(yàn)研究是針對(duì)特定的環(huán)境條件下，特定的配電網(wǎng)線路，結(jié)合高原地區(qū)的特殊環(huán)境條件進(jìn)行的應(yīng)用試驗(yàn)研究，對(duì)高原地區(qū)配電網(wǎng)帶電作業(yè)切斷空載線路有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)研究方案

1）模擬實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　模擬實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)

2）試驗(yàn)研究內(nèi)容

模擬人工帶電操作斷開空載電纜線路，隔離開關(guān)斷開速度為0.8 m/s、分?jǐn)嗑嚯x200 mm、斷口交流電壓為6.7 kV，在模擬海拔2 0 0 0 m、2 500 m、3 000 m、3 500 m、4 000 m條件下，當(dāng)濕度分別為40 %、70 %時(shí)，分別斷開0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的電容電流時(shí)，其產(chǎn)生電弧的情況，每種工況試驗(yàn)次數(shù)多次重復(fù)。

2 試驗(yàn)過程中拍攝的圖片（見表1）

表1　試驗(yàn)過程

3 數(shù)據(jù)匯總分析

本次研究試驗(yàn)的過電壓數(shù)據(jù)采用示波器測(cè)量，電弧長度的測(cè)量采用木尺，濕度采用溫濕度計(jì)，海拔高度的測(cè)量采用氣壓表。

3.1 燃弧次數(shù)與電流、海拔高度、濕度的關(guān)系分析

從圖2、圖3可以看出：

相同濕度、海拔高度條件下，在斷開速度和斷開距離不變情況下，重復(fù)50次分別斷開電容電流0.1～0.4 A時(shí)，燃弧的次數(shù)并未出現(xiàn)隨著電容電流的增大，發(fā)生燃弧的幾率同步增大的現(xiàn)象。

相同濕度、海拔高度不同條件下，在斷開速度和斷開距離不變情況下，重復(fù)50次分別斷開電容電流0.1～0.4 A時(shí)，每個(gè)電流下燃弧的次數(shù)隨著海拔高度的增加，發(fā)生燃弧的幾率逐步增大，但發(fā)生燃弧的幾率和電流的增大并無相關(guān)因果聯(lián)系。

不同濕度（40 %、70 %）下，海拔高度、電容電流相同條件下，在斷開速度和斷開距離不變情況下，重復(fù)50次試驗(yàn)時(shí)，70 %濕度環(huán)境條件下發(fā)生燃弧的幾率遠(yuǎn)大于40 %濕度環(huán)境條件下，增加最大的是0.2 A、4 000 m時(shí)，燃弧比例由40～100 %。

從發(fā)生燃弧的數(shù)據(jù)分析來看，在相對(duì)濕度相同條件下，在開斷線路6.7 kV交流電壓、電容電流0.1～0.4 A時(shí)，隨著海拔高度的增加，發(fā)生燃弧的次數(shù)有所增加，但與電流的大小關(guān)聯(lián)不大。究其原因，主要是斷開的電容電流不大，燃弧產(chǎn)生的決定作用是斷口之間的場強(qiáng)，由于施加的是交流電壓，不能保證每次斷開的相角度和電壓幅值，故對(duì)斷口的燃弧產(chǎn)生有一定影響。

在兩種濕度（40 %、70 %）環(huán)境下，在開斷線路6.7 kV交流電壓、電容電流0.1～0.4 A時(shí)，隨著海拔高度的增加，發(fā)生燃弧的次數(shù)增加。這是由于隨著濕度增加，空氣的絕緣性能下降，較容易發(fā)生電離，起弧場強(qiáng)降低，導(dǎo)致燃弧較容易發(fā)生。

3.2 燃弧最大長度電流、海拔高度、濕度的關(guān)系分析

圖2　濕度40 %，2 000～4 000 m模擬環(huán)境條件下電流與燃弧次數(shù)關(guān)系圖

圖3　濕度70 %，2 000～4 000 m模擬環(huán)境條件下電流與燃弧次數(shù)關(guān)系圖

圖4　燃弧在0.4 A弧長時(shí)，海拔高度、濕度的關(guān)系

從圖4可以看出，在0.4 A電容電流時(shí)：

相同濕度下，隨著海拔高度的增加，燃弧長度≥200 mm時(shí)的次數(shù)也逐步增加，濕度越大越明顯。

不同濕度、相同海拔高度下，隨著濕度的增大，燃弧長度≥200 mm時(shí)的次數(shù)也逐步增加。

在開斷電容電流0.1～0.3 A時(shí)，均未發(fā)生燃弧長度≥200 mm時(shí)的情況，究其原因是因?yàn)樵陂_關(guān)觸頭分開時(shí)，主要由電場強(qiáng)度起決定作用，隨著斷口距離的不斷增大，要維持電弧繼續(xù)燃燒，不但需要斷口間保持一定的電場強(qiáng)度，同時(shí)電弧燃燒過程中要消耗能量，提供的功率越大，電弧燃燒的電子熱游離過程越容易保持，故燃弧持續(xù)時(shí)間較小電流長，電弧的長度也較長。

3.3 燃弧時(shí)產(chǎn)生的最大過電壓與電流、海拔高度、濕度的關(guān)系分析

從圖5可以看出，在濕度40 %的環(huán)境條件下：

在開斷容性電流0.1～0.4 A時(shí)，在海拔高度2 000～4 000 m區(qū)間，產(chǎn)生的過電壓最大值基本在20.5 kV左右。

過電壓最大值和電流大小、海拔高度沒有呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

從圖6可以看出，在濕度70 %的環(huán)境條件下：

在開斷容性電流0.1～0.4 A時(shí)，在海拔高度2 000～4 000 m區(qū)間，產(chǎn)生的過電壓最大值均在20.5 kV。

過電壓最大值和電流大小、海拔高度沒有呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

我們認(rèn)為，在兩種濕度（40 %、70 %）環(huán)境下，在開斷線路6.7 kV交流電壓、電容電流0.1 A～0.4 A時(shí)，影響過電壓值大小的主要端口之間的電壓差，由于開斷過程中未發(fā)生電弧反復(fù)重燃的現(xiàn)象，所以過電壓最大值基本相等。

圖5　燃弧時(shí)產(chǎn)生的最大過電壓與濕度40 %條件下的關(guān)系

圖6　燃弧時(shí)產(chǎn)生的最大過電壓與濕度70 %條件下的關(guān)系

4 研究結(jié)論

模擬人工帶電操作斷開空載電纜線路，隔離開關(guān)斷開速度為0.8 m/s、分?jǐn)嗑嚯x200 mm、斷口電壓為交流6.7 kV，在模擬海拔2 000 m、2 500 m、3 000 m、3 500 m、4 000 m條件下，當(dāng)濕度分別為40 %、70 %時(shí)，分別斷開0.1 A、0.2 A、0.3 A、0.4 A的電容電流時(shí)：

1）發(fā)生燃弧的幾率主要與開斷瞬間線路交流電壓的幅值（相位角）有關(guān)；

2）隨著濕度的增加，空氣的絕緣性能下降，較容易發(fā)生電離，起弧場強(qiáng)降低，燃弧較容易發(fā)生；

3）電弧燃燒的保持時(shí)間與斷口間電場強(qiáng)度和提供的線路功率有關(guān)，功率越大，場強(qiáng)越高，電弧越難自然熄滅；

4）電弧燃燒時(shí)，不發(fā)生重燃自然熄滅情況下，產(chǎn)生的過電壓幅值大小主要由線路電壓決定；

5）可以進(jìn)行帶電作業(yè)操作，電弧能自然熄滅，但操作人員需要佩戴過電壓防護(hù)裝備，保護(hù)人身安全。

5 結(jié)語

帶電作業(yè)開斷空在線路時(shí)，應(yīng)充分考慮線路電壓、所處海拔高度、濕度以及開斷線路長度等效電容電流的大小，評(píng)估操作時(shí)可能產(chǎn)生的過電壓幅值，采取適當(dāng)?shù)慕^緣安全防護(hù)措施。在日常工作中可能遇到的各種特殊環(huán)境條件，應(yīng)給予重視并進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，建立模擬研究與實(shí)際操作對(duì)比數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行大量的對(duì)比分析，經(jīng)驗(yàn)證后建立相關(guān)特殊環(huán)境條件帶電作業(yè)指導(dǎo)文件/標(biāo)準(zhǔn)，避免人身及設(shè)備安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn):

[1]GB/T 18857-2008, 配電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2]GB/T 20626.1-2006, 特殊環(huán)境條件 高壓電工電子產(chǎn)品 第1部分：通用技術(shù)要求[S].

[3]陳慈萱,馬志瀛.高壓電器[M].重慶：重慶大學(xué)出版社, 1985.

[4]國家電力監(jiān)管委員會(huì)電力業(yè)務(wù)資質(zhì)管理中心 編寫.電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)許可參考教材 高壓理論部分[M].北京：中國財(cái)政經(jīng)濟(jì)出版社, 2006-07.

中圖分類號(hào)：TM84

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-7204（2016）02-0017-05

作者簡介:

吳炳衛(wèi)，男，云南昆明人，高級(jí)工程師，主要從事電工產(chǎn)品高原環(huán)境適應(yīng)性研究、試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

Research on the Test for Breaking No Load Line Arc Under Different Environmental Conditions

WU Bing-wei1, ZHAO Lei1, DONG Jun1, XU Fu-liang1, DENG Hua2, CHEN Yi-zhong2
（1. Kunming High Altitude Electrical Detection Co., Ltd., Kunming 650221; 2. Live Working Branch of Yunnan Power Grid Corporation, Kunming 650041）

Abstract：When live-wire work with breaking no load cable line, it will produce arc, which will endanger personal and property safety. The aim of this research is to simulate to operate no-load cable line speed, breaking distance and capacitive current, and make certain that the arcing conditions when breaking 0.1 A, 0.2 A, 0.3 A, 0.4 A capacitive current respectively under special environmental conditions.

Key words：live working; arc; capacitive current; altitude; humidity