那曲高海拔地區110 kV 輸電線路帶電作業可行性分析

呂 鑫，吳 健，朱麗君，馬秀林

（1.國網西藏電力有限公司那曲供電公司，西藏 那曲 852000；2.臺州宏達電力建設有限公司臺州市開發區運檢分公司，浙江 臺州 318000）

0 引言

隨著電網不斷發展，帶電作業已成為提高供電可靠性的重要手段[1]。近年來的多項試驗結果表明，海拔越高，空氣越稀薄，放電越容易，放電電壓越低[2]，因此高海拔地區架空輸電線路絕緣配置與低海拔地區相差很大[3]。DL/T 1634—2016《高海拔地區輸電線路帶電作業技術導則》中對1 000～4 500 m 海拔帶電作業有詳細規定，對4 500～5 000 m 海拔范圍帶電作業沒有說明和相關安全距離規定[4]。4 500～5 000 m 海拔輸電線路帶電作業既沒有參考文獻，也沒有相關實踐經驗。由于停電作業極大地影響輸電線路供電可靠性，帶電作業是電網運維檢修大趨勢，所以研究4 500～5 000 m 高海拔地區帶電作業可行性很有必要。

1 那曲地區帶電作業影響因素分析

1.1 環境因素

那曲地區位于西藏西北部，總面積達45 萬km2，海拔均在4 450 m 以上，高寒缺氧，氣候干燥，氧氣濃度為內地的50%左右[5]。那曲地區空氣稀薄、密度較小，電氣強度下降，需要做好驗算工作。

1.2 設備因素

那曲電力系統經過多年發展，目前110 kV 主網架初具規模，共有110 kV 變電所13 座，線路2 400 km，輸電線路所在地區海拔4 000～5 000 m。在內地110 kV 輸電線路帶電作業方法非常成熟[6-7]，但是沒有4 500～5 000 m 高海拔帶電作業先例參考。

1.3 工器具因素

雖然那曲地區未開展過高海拔帶電作業，但是國際、國內有關110～500 kV 帶電作業的配套工器具已經非常成熟，可以借鑒[8]。

1.4 安全距離因素

《國家電網公司輸變電工程通用設計（西藏電網110～500 kV 輸電線路分冊）》中所有桿塔都考慮了帶電作業間隙，其中4 500～5 000 m 海拔帶電作業考慮值為1.9 m[9]，但沒有相關計算說明和實踐驗證。

2 帶電作業案例分析

以那曲地區德聶Ⅰ線作為目標線路，計算分析帶電作業可行性。

2.1 線路概況

110 kV 德聶Ⅰ線起始于那曲德吉開關站，終止于聶榮變電站，全長85 km，海拔4 000～5 000 m，桿塔型式以直線塔型1×2-ZBC2 和耐張塔型1×2-JBC1 為主，絕緣子片數按照耐張塔14 片、直線塔13 片配置。

那曲地區桿塔主力直線塔型1×2-ZBC2（見圖1），絕緣配置為13 片146 mm 絕緣子；那曲地區桿塔主力耐張塔型1×2-JBC1（見圖2），絕緣配置為14 片146 mm 絕緣子。

2.2 安全距離驗算

2.2.1 帶電作業安全距離

帶電作業的安全距離是帶電作業人員與帶電設備保持的最小安全距離，考慮最大過電壓來確定最小安全距離，然后加以修正[10]，本文根據GB/T 19815—2008《交流線路帶電作業安全距離計算方法》[11]計算帶電作業安全距離。

圖1 直線塔型1×2-ZBC2

圖2 耐張塔型1×2-JBC1

根據GB/T 19815—2008《交流線路帶電作業安全距離計算方法》，考慮帶電作業停用重合閘，系統直接接地，110 kV 系統相對地2%統計過電壓倍數ke值取3.0，相間2%統計過電壓倍數kp=1.33ke+0.4=4.39。

（1）作業位置的統計過電壓U2%

相間2%統計過電壓：

式中：Um為正常運行條件下系統中出現的最高運行電壓有效值（相間），取Um=126 kV。

相對地2%統計過電壓：

（2）絕緣間隙的統計耐受電壓U90%

不同海拔高度和U90%值的海拔修正系數k 取值見表1。

表1 不同海拔高度和U90%值的海拔修正系數 k

根據表1 數據，取400～599 kV 范圍，采用最小二乘法擬合，得到3 000～5 000 m 海拔擬合修正系數ka，見表2。

表2 海拔3 000～5 000 m 地區的海拔擬合修正系數 ka

由于那曲地區海拔基本在5 000 m 及以下，為適應大部分地區，取ka=0.621。

絕緣間隙的統計耐受電壓：

式中：ks為統計安全系數，取常用參考值1.1。

最小電氣安全距離DUx（取綜合系數kt=1）為：

相對地絕緣間隙的統計耐受電壓：

最小電氣安全距離DUd（取綜合系數kt=1）：

（3）最小安全距離

考慮到帶電作業時人盡量活動范圍小并留有足夠裕度，人的活動范圍DE取0.5 m。

相間最小安全距離：

相對地最小安全距離：

最小組合間隙（中間電位導體影響系數kf取1.2，中間電位導體占位長度F取0.5 m）：

2.2.2 國外高原系數取值

按照美國、日本相關試驗，海拔修正以海拔每升高100 m，放電電壓平均下降1%[12]，那曲地區輸電線路海拔4 000～5 000 m，取最高5 000 m，則系數值K=40%。

2.2.3 110 kV 輸電線路帶電作業參數對比取值

海拔1 000 m 及以下各參數值根據DL 5009.2—2013《電力建設安全工作規程 第2 部分：電力線路》按照取高原則取值[13]，具體數據見表3—表9。

表3 人身裸露部分與帶電體最小安全距離 H1

表4 絕緣操作桿最小有效絕緣長度 H2

表5 絕緣承力工具、絕緣繩索最小有效絕緣長度 H3

表6 等電位作業與鄰相最小安全距離 H4

表7 最小組合間隙 H5

2.2.4 帶電作業危險率計算

帶電作業的危險率是能否開展帶電作業的關鍵指標[14]，國內常用的危險率計算方法有統計法和慣用法[15]，我們用兩種方法分別計算校驗。

表8 等電位作業人員對地安全距離 H6

表9 人體裸露部分與帶電體安全距離 H7

（1）統計法

桿塔絕緣間隙的50%放電電壓：

海拔4 000～5 000 m 相間取kg=1.45，D=2.38 m，即：

相對地取kg=1.2，D=1.93 m，即：

帶電作業危險率：

式中：P0（U）為操作過電壓幅值為U 的概率密度函數；Pd（U）為空氣間隙在幅值為U 的操作過電壓下擊穿的概率函數。

式中：Ua為操作過電壓平均值；σ0為過電壓的相對標準偏差，取5%或試驗值。

式中：σd為空氣間隙放電電壓相對標準偏差，取σd=5%。

式中：過電壓相對標準偏差[σ0]取12%。

則帶電作業危險率分別為：

根據GB/T 18037 規定，可接受的危險率水平應小于1×10-5，以上兩個計算結果均為離散無限趨近于0，遠小于1×10-5，滿足帶電作業要求。

（2）慣用法

確定系統最大過電壓U0max，系統操作過電壓倍數K0取3.0，電壓升高系數Kr取1.15，系統額定電壓（有效值）UH取110 kV。

安全裕度系數A 取1.2，計算絕緣最低耐受強度：

2.2.5 桿塔設備校驗

（1）直線塔型1×2-ZBC2，絕緣配置為13 片146 mm 絕緣子

地電位作業時：取絕緣子串配套金具長度150 mm，此時作業人員在桿塔橫擔上對邊相作業時，H=（13×146+150）mm=2 048 mm＞H1＆H2；地電位作業人員位于橫擔下方與導線平行處對邊相導線帶電作業時，H=3 050 mm＞H1＆H2；地電位作業人員位于橫擔下方與導線平行處對中相導線帶電作業時，H=2 450 mm＞H1＆H2；均滿足帶電作業安全距離要求。

等電位作業時：作業人員等電位邊相作業時，與橫擔距離（人體不超過第一片瓷瓶）H=（13×146）mm=1 898 mm＞H6，與中相導線距離6 700 mm＞H4；等電位作業人員位于中相導線帶電作業時，與橫擔距離1 898 mm＞H6，與邊相導線距離6 700 mm＞H4，與塔身平行距離2 450 mm＞H6＆H5；均滿足帶電作業安全距離要求。

（2）耐張塔型1×2-JBC1，絕緣配置為14 片146 mm 絕緣子

地電位作業時：取絕緣子串配套金具長度200 mm，此時作業人員在桿塔橫擔上對邊、中相作業時，H=（14×146+200）mm=2 244 mm＞H1＆H2；地電位作業人員位于橫擔下方與跳線最低點平行處對邊相導線帶電作業時，H=2 870 mm＞H1＆H2；地電位作業人員位于橫擔下方與跳線最低點平行處對中相導線帶電作業時，H=3 300 mm＞H1＆H2；均滿足帶電作業安全距離要求。

等電位作業時：作業人員等電位邊相作業時，與橫擔距離（人體不超過第一片瓷瓶）H=（14×146）mm=2 044 mm＞H6，與中相導線距離7 300 mm＞H4；等電位作業人員位于中相導線帶電作業時，與橫擔距離2 044 mm＞H6，與邊相導線距離7 300 mm＞H4；均滿足帶電作業安全距離要求。

3 結語

在那曲高海拔地區，還未有4 000～5 000 m海拔帶電作業研究和實踐經驗。本文分析了影響帶電作業的主要因素，進行了多種方法的帶電作業安全距離校驗以及實際工況設備的帶電作業校驗，結果均表明在控制好安全距離的前提下，可以開展110 kV 地電位和等電位帶電作業。本文僅在技術層面探討了那曲地區4 000～5 000 m 高海拔開展110 kV 輸電線路帶電作業的可行性，那曲地區因為環境惡劣，實際開展帶電作業有諸多困難，尚需進行深入研究。