1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路帶電作業進入等電位方法

余波明，康宇斌，田 雁，唐 軍，謝 偉

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 淮安223001）

1 概述

1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路輸送容量大、占用走廊小、經濟效益顯著。由圖1中1 000 kV交流常規線路和緊湊型線路的塔窗間隙所示，緊湊型線路的塔頭間隙比常規小，無疑增加了帶電作業的危險性［1，2］。

圖1 1 000 kV單回輸電線路窗口間隙圖

目前，國內外針對1 000 kV交流緊湊型輸電線路帶電作業方面研究的主要對象集中在超高壓及以下的常規輸電線路［3－6］。文獻［7］、［8］對1 000 kV緊湊型輸電線路帶電作業典型工況進行了1∶1模擬塔窗試驗，根據帶電作業安全距離的放電特性，得到等電位作業人員最小安全距離。文獻［9］中規定了1 000 kV單回交流輸電線路帶電作業的技術要求，其中規定了帶電作業的最小組合間隙。文獻［10］測量了各典型作業位置的體表場強，通過試驗的方法得到1 000 kV常規輸電線路上帶電作業的安全防護要求。

綜上所述，國內外針對1 000 kV交流緊湊型輸電線路帶電作業的研究主要集中在帶電作業最小安全距離的確定方面，雖然其進入等電位方法的研究很少，但是現有的研究結論和方法可以作為參考。

2 1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路帶電作業進入等電位路徑

輸電線路帶電作業進入等電位通常采用吊籃法、攀爬軟梯法和硬梯法，由于1 000 kV輸電線路電壓等級高，塔窗間隙較低、電壓等級大，因此采用硬梯法進入等電位對硬梯的絕緣長度要求較高，且不方便攜帶。本文通過計算吊籃法和攀爬軟梯法時，作業人員在幾個典型作業位置的組合間隙，得到適合該線路的進入等電位路徑。

2.1 選擇進入等電位路徑

1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路的塔窗間隙尺寸如圖2所示。

根據塔窗間隙尺寸，由于下相導線距離橫擔的距離大于上相導線，而且上兩相導線左右完全對稱，因此本文僅對進入上相右側導線等電位方法進行研究。

作業人員采用吊籃法和攀爬軟梯法進入等電位，各方法的三個典型工況如圖3和圖4所示。

圖2 1 000 kV交流緊湊型單回線路塔窗間隙尺寸

圖3 吊籃法進入等電位示意圖

圖4 攀爬軟梯法進入等電位示意圖

各典型工況的具體位置如表1所示。

表1 各典型工況的具體位置

2.2 計算組合間隙

根據文獻［8］和文獻［11］，作業人員通過絕緣子工具進入等電位時，應該滿足的最小組合間隙如表2所示，表中數值不包括人體占位間隙，作業中需考慮人體占位間隙不得小于0．5 m。

表2 最小組合間隙 單位：m

根據圖2的塔窗窗口間隙尺寸可知，右側上相導線距離右側塔體的最小距離為8．2 m。采用吊籃法進入上相導線的組合間隙為Sc1，Sc1＝S1＋S2。采用攀爬軟梯法進入上相導線的組合間隙Sc2，Sc2＝S1＋S2。

分別計算幾個典型工作位置的組合間隙，總結如表3和表4。

表3 組合間隙Sc1 單位：m

綜合上表結果，采用攀爬軟梯法，中間電位時的組合間隙大于采用吊籃法，因此進入上相導線采取攀爬軟梯的方法。

作業人員進入等電位過程應采取合理的安全保護措施，穿戴合適的安全屏蔽服。因此需要根據作業人員人體表面電場強度的大小，來選擇屏蔽效率合格的屏蔽服。本文采用仿真計算的方法獲取人體表面電場強度的大小分布。

3 1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路人體表面場強分布計算

3.1 有限元基本理論

在三維電場求解中，以標量電位Φ作為待求量，并配以正確的邊界條件作為定解條件。三維電場滿足的方程如下［12］

式中，Φ（x，y，z）為三維電場的標量電位；εr（x，y，z）為三個方向矢量上的相對介電常數；ε0為真空的介電常數；ρv（x，y，z）為體電位密度。

在Maxwell 3D的電場模塊中求解的是三維標量電位Φ，一旦標量電位值求解得到，可以由麥克斯韋方程組直接得到電場強度E和電位移矢量D，這兩個基本場量值可以由下式計算得到。

此外，電流密度J也可由三維標量電位Φ計算得到，如下式所示。

在三維電場中的激勵源和邊界條件與二維電場一致。

3.2 人體周圍場強仿真計算

本文在計算人體表面電場分布時，材料屬性定義方面，各部分所選取的主要材料如下，鐵塔定義為鋼，而導線定義為鋁。材料屬性定義如表5所示。

表5 材料屬性定義

仿真計算中人體模型的各部分參數為：人體總高度為170 cm，其中：頭部為圓球，半徑10 cm；頸部為圓柱，半徑8 cm，高7 cm；腰部為圓柱，半徑16 cm，高65 cm；腿部為圓柱，半徑10 cm，高80 cm。

考慮到作業人員可能出現的最危險的情況，仿真的人體采用兩手向外伸出的姿勢，并且在右側上相導線加載高電壓［12］。由于分裂導線的內部不影響作業人員人體表面電場強度的分布，因此仿真計算時采用一根導線代替分裂導線。等效半徑的計算公式如下：

式中，req為等效半徑，mm；m為導線的分裂數；r為常數，r＝13．41；d為導線半徑，mm。

本文研究的1 000 kV交流緊湊型輸電線路的導線采用10分裂導線，導線直徑為300 mm，導線間距為400 mm。根據公式計算得到的等效半徑為284．84 mm。

建立與1 000 kV交流緊湊型輸電線路和人體的實體比例為1：1的三維模型。仿真計算作業人員在位置3時的人體表面電場強度，仿真計算結果如圖5所示。

圖5 人體周圍電場強度分布

根據仿真計算結果，作業人員各個部位電場強度大小如表6所示。根據表6中的結論可知曲率半徑小的部位電場強度較高，比如腿部、頭部、手尖。

表6 人體各個部位體表場強大小分布單位：kV／m

根據文獻［13］規定，交流線路帶電作業人員屏蔽服內最大交流場強≤15 kV／m。屏蔽效率的計算公式如下：

式中，SE為屏蔽效率，dB；E1為屏蔽服裝表面電場強度，kV／m；E2為屏蔽服內電場強度，kV／m。

根據計算公式，作業人員穿戴60 dB的屏蔽服，手尖處的場強大小為9．98 kV／m，則其他身體部位的電場強度均滿足屏蔽服內≤15 kV／m的規定要求。因此，作業人員穿戴屏蔽效率為60dB的屏蔽服可以滿足進入1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路等電位的要求。

4 結 論

等電位作業人員采用攀爬軟梯法進入1 000 kV交流緊湊型單回輸電線路上相導線過程中，不要將頭和手向外伸出，穿戴60 dB的屏蔽服可以滿足作業要求。