鄧華，楊亮，馬御棠，朱貴，肖慶初

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司帶電作業(yè)分公司，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217）

0 前言

人工短路試驗(yàn)是直流和串補(bǔ)調(diào)試中最重要的一個(gè)試驗(yàn)，主要用于考核線路故障定位、短路工況對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，短路故障下的暫態(tài)過電壓等情況，目前的人工接地短路試驗(yàn)主要有弓弩彈射的試驗(yàn)裝置形成短路，通過合隔離開關(guān)使得懸掛絕緣子上敷設(shè)熔絲熔斷的方式，帶接地刀和斷路器方式，利用絕緣桿導(dǎo)桿接地方式，彈射炮彈方式，這些所有的方式都需要停電開展[1-4]。直流和串補(bǔ)工程都屬于電網(wǎng)中重要的工程，停電布置短路裝置存在繁瑣的停復(fù)電操作和負(fù)荷調(diào)整，需要配合的廠站多，為最大化降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、操作風(fēng)險(xiǎn)和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高試驗(yàn)效率，降低試驗(yàn)費(fèi)用，提高供電可靠性，本文提出采用帶電作業(yè)方式開展單相瞬時(shí)接地短路的方法，并在云南電網(wǎng)220 kV 串補(bǔ)線路中得到了應(yīng)用。

本文以云南電網(wǎng)220 kV 福貢串補(bǔ)工程為例，開展了單相瞬時(shí)接地短路帶電作業(yè)裝置所需要的作業(yè)工器具選擇，作業(yè)安全距離理論分析，作業(yè)方法選擇以及確定了帶電開展單相瞬時(shí)接地短路的作業(yè)方法，突破了采用“停電”的傳統(tǒng)方法開展作業(yè)帶來的局限，具有顯著的工程實(shí)用價(jià)值，在其他電壓等級(jí)的交流線路和直流線路中均能參考該作業(yè)方法進(jìn)行，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 帶電作業(yè)工器具

1.1 短路試驗(yàn)串補(bǔ)工程

220 kV 福貢串補(bǔ)工程為改善怒江州電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高怒江州北部電網(wǎng)輸電能力和遠(yuǎn)期供電可靠性，并滿足福貢縣豐富的小水電就近送出。福貢串補(bǔ)是220 kV 固定串補(bǔ)，在國(guó)內(nèi)較為少見，串補(bǔ)度60%，額定電流1420 A，兩回線路分別為福貢～劍川線路新增三相額定容量為：166 Mvar ，福貢～蘭坪線路新增三相額定容量為：129 Mvar。然而怒江地區(qū)電網(wǎng)相對(duì)比較薄弱，小水電眾多，采用傳統(tǒng)的通過停電方式開展帶來很大的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。因此需要考慮新的作業(yè)方式[5]。

福貢串補(bǔ)出線福劍線和蘭福線為同塔雙回，桿塔型號(hào)為mm-14.5，排列方式為水平排列，導(dǎo)線型號(hào)2XJL/LB1A-300/40；導(dǎo)線采用雙分裂垂直排列，分裂間距400 mm；龍門架到第一基桿塔檔距110 m，串補(bǔ)站海拔高度1210 m，根據(jù)實(shí)際作業(yè)所需的安全距離按海拔1500 m 進(jìn)行修正。

1.2 瞬時(shí)接地短路試驗(yàn)裝置

參照傳統(tǒng)停電作業(yè)方式，根據(jù)單相瞬時(shí)接地短路試驗(yàn)的需要，按帶電作業(yè)方式設(shè)計(jì)瞬時(shí)接地短路試驗(yàn)裝置如圖1 所示。該裝置由上、中、下三部分組成，上部分為固定在導(dǎo)線上的軟引線和攜帶絕緣繩索的金屬跟斗滑車構(gòu)成，金屬跟斗滑車懸掛至引線上，下邊懸掛絕緣繩。中間部分為絕緣繩、軟銅線、金屬滑車、定位絕緣繩、重錘1 四部分組成。懸掛在金屬跟斗滑車內(nèi)的絕緣繩尾端連接軟銅線，連接部位軟銅線側(cè)設(shè)置限位U 型環(huán)，軟銅線下端連接金屬滑車、定位繩、重錘1。下部分由絕緣繩、轉(zhuǎn)角金屬滑車、接地線、試驗(yàn)短接線、重錘2 四部分組成。絕緣繩穿過中間部分的金屬滑車，前端穿過經(jīng)接地線接地的轉(zhuǎn)角金屬滑車，尾端與試驗(yàn)短接線、重錘2 連接。

圖1 瞬時(shí)接地短路試驗(yàn)裝置示意圖

1.2.1 軟引線選擇方法

軟引線的目的是避免天氣的影響，方便作業(yè)人員開展后續(xù)的工作，同時(shí)開展短路試驗(yàn)時(shí)，若直接在導(dǎo)線上進(jìn)行，放電瞬間會(huì)對(duì)導(dǎo)線造成損傷，為避免導(dǎo)線損傷，在導(dǎo)線之間采用與導(dǎo)線同材質(zhì)的鋼芯鋁絞線設(shè)置專用短接引線，將試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移至短接引線上，為更好的保護(hù)導(dǎo)線，在安裝軟引線前需用鋁包帶對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行包裹，然后用鋁扎線將導(dǎo)線與引線進(jìn)行緊密纏繞，使其充分接觸。

1.2.2 滑車選擇方法

滑車主要包括為三個(gè)滑車，分別是金屬跟斗滑車、中間金屬滑車和接地轉(zhuǎn)角金屬滑車。金屬跟斗滑車，起到軟引線與軟銅線聯(lián)通，使軟銅線帶電的作用。為了避免每次拆裝均需作業(yè)員進(jìn)入電場(chǎng)進(jìn)行操作，只需使用絕緣操作桿進(jìn)行拆裝，所以選擇可自鎖的跟斗滑車。跟斗滑車上端懸掛在軟引線處，為確?；喤c引線接觸面積更大，提升其導(dǎo)電性能，其包絡(luò)角越大越好，僅需考慮引線直徑小于輪槽直徑且安裝方便即可。本次作業(yè)臨時(shí)引線型號(hào)為L(zhǎng)J-120，故選擇滑輪槽徑為Φ24 最小的跟斗滑車。在安裝完跟斗滑車后，短路試驗(yàn)所需軟銅線將通過絕緣繩牽引至跟斗滑車下端滑輪并帶電，因此跟斗滑車必須采用導(dǎo)電材質(zhì)，在本次短路試驗(yàn)中選用鋁材。中間金屬滑車，起導(dǎo)電和通過絕緣繩傳送試驗(yàn)所需短路接地線的作用，需要耐受短路試驗(yàn)電弧的燃弧和較大的短路電流，因此在本次短路試驗(yàn)中選擇鐵（或鋁）材滑車。轉(zhuǎn)角金屬滑車，主要作用是避免因牽引絕緣繩本身受潮或天氣原因受潮等因素造成泄露電流過大，對(duì)牽引人員造成傷害，因此該滑車與變電站接地網(wǎng)相連接，起轉(zhuǎn)向和接地作用，選擇鐵（或鋁）材滑車[6-7]。

1.2.3 軟銅線尺寸選擇方法

參照停電短路試驗(yàn)用的短路試驗(yàn)框，采用軟銅線降低導(dǎo)線的高度，方便開展短路試驗(yàn)裝置。其截面積應(yīng)盡可能與導(dǎo)線輸送容量相當(dāng)，在本次試驗(yàn)中選用25 mm2的銅線，長(zhǎng)度根據(jù)下式得：

其中H 為選擇短路試驗(yàn)位置的高度，h1 為軟引線和跟斗滑車的高度，h2 為該電壓等級(jí)對(duì)地安全距離。根據(jù)該工程實(shí)際參數(shù)，L 選擇為7 m。

1.2.4 絕緣繩選擇方法

1）與跟斗滑車相連接的上部的絕緣繩，起到起吊和固定臨時(shí)帶電導(dǎo)體的作用，根據(jù)中間金屬滑車、軟銅線等的重量和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按2 倍安全系數(shù)選擇即可，本次試驗(yàn)選擇Φ14×50 m 絕緣繩[7-8]。

2）與金屬滑車垂直連接的絕緣繩，起到錨固作用，防止臨時(shí)帶電導(dǎo)體受風(fēng)或牽引的影響造成偏移，按錨固物重量（即重錘2）選擇2 倍安全系數(shù)即可?？紤]到其上部離放電點(diǎn)最近，與地面距離約7.5 m，為防止因放電火花造成絕緣繩燒斷導(dǎo)致軟銅線彈起造成相間短路，可適當(dāng)選擇稍大一級(jí)的絕緣繩，本次試驗(yàn)選擇Φ18×10 m 的絕緣延長(zhǎng)繩。

3）與金屬滑車相連接的牽引絕緣繩，起到牽引試驗(yàn)引弧線的作用，一般按1.5 倍起吊物重量的安全系數(shù)選擇，本次試驗(yàn)選擇Φ8×50 m的絕緣繩。但因牽引人員距離放電點(diǎn)30 m 外，絕緣繩直徑過粗會(huì)造成自重太大，容易引起自起吊，導(dǎo)致絕緣繩不受牽引人員的控制，所以宜考慮在絕緣繩和引弧線連接處加掛適當(dāng)?shù)呐渲兀粗劐N1）解決該問題。

1.2.5 重錘質(zhì)量選擇方法

重錘質(zhì)量采用以下公式選擇最小重量，再選擇相應(yīng)的規(guī)格：

式中：k1 為安全系數(shù)，k2 為環(huán)境風(fēng)偏系數(shù)，m 為需要固定對(duì)象的質(zhì)量。

重錘1 起到平衡前端絕緣繩的作用，避免后段絕緣繩因前段過重失去平衡自行滑動(dòng)。本次試驗(yàn)中其前段垂直距離為7 m，故Φ8×7 m質(zhì)量為3 kg，考慮風(fēng)偏因素選擇為1.1、安全系數(shù)選擇為1.2，根據(jù)公式重錘1 質(zhì)量不應(yīng)小于3.96 kg，最終選擇5 kg。

重錘2 需要確保臨時(shí)帶電導(dǎo)體各連接部位緊密，在整個(gè)操作過程中不會(huì)發(fā)生偏移，且與臨相保持足夠的安全距離，故重錘2 的安全系數(shù)選2.5，風(fēng)偏因素選擇為1.1，其錨固物重量為8 kg，根據(jù)公式重錘2 質(zhì)量不應(yīng)小于22 kg，最終選擇25 kg。

1.2.6 定位裝置選擇方法

1）定位裝置包括定位U 型環(huán)和定位標(biāo)記兩部分定位U 型環(huán)。為防止臨時(shí)帶電導(dǎo)體上部的絕緣繩受力過大使軟銅線越過滑車過多，導(dǎo)致因軟銅線長(zhǎng)度不足，在引弧線放電時(shí)產(chǎn)生的電弧燒傷導(dǎo)線的情況，選擇U 形環(huán)固定于在絕緣繩與軟銅線側(cè)連接點(diǎn)處軟銅線側(cè)20 cm 處設(shè)置定位U 型環(huán)。

2）定位標(biāo)記。在人工短路接地作業(yè)過程中，參考傳統(tǒng)作業(yè)方式，為給30 m 外給試驗(yàn)操作人員明顯提示的作用[3]，選擇在臨時(shí)帶電導(dǎo)體中部的絕緣繩與引弧線連接點(diǎn)處，引弧線側(cè)L 的位置設(shè)置明晰的標(biāo)識(shí)，以利試驗(yàn)負(fù)責(zé)人控制試驗(yàn)操作進(jìn)程。

式中：l1 為對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)放電距離，l2 為作業(yè)安全裕度。

本次試驗(yàn)中，因220 kV 試驗(yàn)時(shí)放電距離約0.6 m，考慮安全裕度及操作的快速性，因此把定位標(biāo)記設(shè)置在距離連接點(diǎn)1.5 m 處。

2 帶電作業(yè)安全距離選擇方法

220 kV 電壓等級(jí)輸電線路過電壓按可能出現(xiàn)的最大過電壓考慮，根據(jù)GB50064-2014 確定了220 kV 線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0 p.u.[11]。根據(jù)GB/T19185-2008 可確定其帶電作業(yè)安全距離[12]。

1）線路相地2% 統(tǒng)計(jì)操作過電壓倍數(shù)：ke=3.0；

相間統(tǒng)計(jì)過電壓倍數(shù)：kp=1.33ke+0.4=4.39；

2）作業(yè)位置的統(tǒng)計(jì)過電壓U2%：

3）絕緣間隙的統(tǒng)計(jì)耐受電壓U90%：

相—地U90%=ksU2%=1.1×617.27=678.99（kV）

相— 相U90%=ksU2%=1.1×903.27=993.6（kV）

4）最小電氣安全距離：

其中綜合系數(shù)kt=kdkgka，若取標(biāo)準(zhǔn)偏差 系 數(shù)kd=0.936； 相 地 間 隙kg=1.2， 相 間間隙kg=1.45；相地海拔修正系數(shù)ka=0.912（作業(yè)位置海拔高度為1210 m，取海拔高度1500 mU90%在600 ～799 kV 時(shí)的海拔修正系數(shù)），相間海拔修正系數(shù)ka=0.928。

相—地DU=1.839（m）相—相DU=2.335（m）

5）最小安全距離：D=DU+DE（m）

人體活動(dòng)范圍DE，由作業(yè)人員體型、作業(yè)姿態(tài)、間隙形狀等因素決定，其參考取值范圍為0.2 m ～1.0 m，結(jié)合作業(yè)實(shí)際情況，DE 取值0.3 m。

相—地D ≈2.14 （m）

相—相D ≈2.64 （m）

6）最小組合間隙：

其中中間電位導(dǎo)體影響系數(shù)kf，表征中間電位導(dǎo)體對(duì)間隙放電特性影響，其參考取值范圍為1.0 ～1.2，充分考慮安全因素，kf 取最大值1.2。中間電位導(dǎo)體占位長(zhǎng)度F，取值由作業(yè)人員的體型與姿勢(shì)、工具形式、等電位進(jìn)入方法等因素決定，其參考取值范圍為0.2 ～1.0 m，結(jié)合作業(yè)實(shí)際情況及充分考慮安全因素，F(xiàn) 取值0.3 m。

相—地S=1.2×1.839+0.3 ≈2.51（m）

相—相S=1.2×2.335+0.3 ≈3.102（m）

經(jīng)詳細(xì)計(jì)算，相地最小安全距離：2.14 m，相間最小安全距離：2.64 m；最小組合間隙：2.51 m，均大于相關(guān)安全規(guī)程中帶電作業(yè)安全距離要求[6]，為充分考慮安全因素，采取實(shí)際計(jì)算結(jié)果。

3 帶電進(jìn)出線路的途徑選擇

按DLT 966-2005 中規(guī)定[7]，220 kV 輸電線路帶電作業(yè)采用的進(jìn)、出電位的方法主要有5 種：

1）沿絕緣子串進(jìn)入；

2）絕緣斗臂車進(jìn)入法；

3）吊籃進(jìn)入法；

4）絕緣軟梯進(jìn)入法；

5）絕緣平梯進(jìn)入法。

沿絕緣子串進(jìn)入：主要適用于耐張塔和絕緣子串長(zhǎng)（組合間隙滿足要求）的作業(yè)，本次項(xiàng)目組合間隙不滿足要求，不能采用。絕緣斗臂車進(jìn)入法：主要適用于桿塔相對(duì)較低，組合間隙滿足要求的作業(yè)，本次項(xiàng)目組合間隙不滿足要求，絕緣斗臂車耐壓試驗(yàn)均未達(dá)到220 kV電壓等級(jí)，不能采用。吊籃進(jìn)入法：在塔頭空氣間隙足夠大時(shí)，適用于500 kV 直線 、耐張塔跳線懸垂串上的作業(yè)，由于本次作業(yè)電壓等級(jí)為220 kV，且作業(yè)位置在龍門架上，作業(yè)人員無處設(shè)置定位繩，不能采用。絕緣軟梯進(jìn)入法：塔頭空氣間隙較大時(shí)，適用于220 kV 單回線路（雙回僅限下相）直線和耐張塔絕緣子串的作業(yè)，在桿塔導(dǎo)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(dǎo)線上，絕緣繩梯尾端下垂至地面。等電位作業(yè)人員沿絕緣軟梯垂直進(jìn)入電場(chǎng)，桿塔尺寸（3.75 m）大于組合間隙（2.1 m），滿足作業(yè)安全要求。本次作業(yè)等電位電工需多次上下絕緣軟梯，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。絕緣平梯進(jìn)入法：塔頭空氣間隙較大時(shí)，適用于220 kV 直線和耐張塔絕緣子串的作業(yè)，在工作桿塔上安裝平梯長(zhǎng)L ≥5000 mm，平梯前端掛在導(dǎo)線上，后端用絕緣繩固定在塔身上。等電位作業(yè)人員進(jìn)出電位時(shí)通過平梯直接到達(dá)電場(chǎng)，經(jīng)驗(yàn)算等電位電工沿絕緣平梯進(jìn)入電場(chǎng)過程中組合間隙大于2.4 m，與臨相帶電體大于2.8 m，滿足作業(yè)要求，且勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)絕緣軟梯小的多[14-15]。

通過上述分析，根據(jù)本次作業(yè)的實(shí)際情況，選擇絕緣平梯進(jìn)入法，進(jìn)出電場(chǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 進(jìn)出電場(chǎng)示意圖

除常規(guī)帶電作業(yè)安全要求外，為充分保護(hù)作業(yè)人員牽引絕緣繩造成人工短路瞬間的人身安全，除轉(zhuǎn)角金屬滑車處接地外，要求牽引人員穿戴全套合格的屏蔽服，帶護(hù)目鏡，背對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行牽引。其它試驗(yàn)人員帶護(hù)目鏡，且不準(zhǔn)直視試驗(yàn)點(diǎn)。

4 帶電作業(yè)人工短路接地應(yīng)用

帶電作業(yè)開展人工短路作業(yè)流程如下所示。

圖3 帶電作業(yè)流程圖

在線路帶電的情況下作業(yè)人員通過絕緣平梯進(jìn)入等電位，在導(dǎo)線上纏繞鋁包帶后，用鋁扎線將短接引線牢牢固定在雙分裂導(dǎo)線上，將金屬跟斗滑車懸掛在引線內(nèi)，作業(yè)人員退出電場(chǎng)返回地面，上部分裝置設(shè)置完畢。作業(yè)人員拉動(dòng)金屬跟斗滑車內(nèi)的起吊絕緣繩，帶動(dòng)下端連接的軟銅線（25 mm2）進(jìn)入金屬跟斗滑車下端滑輪內(nèi)，使軟銅線（25 mm2）裸露部分與金屬滑輪良好接觸，軟銅線（25 mm2）帶電，調(diào)節(jié)定位絕緣繩長(zhǎng)度，使其有效固定方向，中間部分裝置設(shè)置完畢。作業(yè)人員穿戴全套屏蔽服在安全距離以外（30 m）拉動(dòng)下部分裝置的牽引絕緣繩，通過中間部分的金屬滑車，帶動(dòng)尾部試驗(yàn)短接線（0.5 mm2），定位標(biāo)記到達(dá)金屬滑車位置時(shí)，作業(yè)人員穩(wěn)住絕緣繩，待其它組均做好試驗(yàn)準(zhǔn)備后，聽到試驗(yàn)負(fù)責(zé)人開始試驗(yàn)的命令后，迅速拉動(dòng)絕緣繩，使軟銅線（0.5 mm2）與中間部分裝置的金屬滑車接觸，造成單相瞬時(shí)短路接地。試驗(yàn)結(jié)束后，作業(yè)人員采用絕緣操作桿拆除金屬跟斗滑車并安裝下一相，循環(huán)裝拆作業(yè)。

采用上述方法，在某供電局220 kV 福貢串補(bǔ)站福劍線和福貢線出線側(cè)開展單相瞬時(shí)人工接地短路試驗(yàn)中成功應(yīng)用，共開展了6 相的帶電作業(yè)，節(jié)約了短路作業(yè)的時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

以實(shí)際工程為例，提供了一種基于帶電作業(yè)的單相瞬時(shí)接地人工短路試驗(yàn)裝置，提出了單相瞬時(shí)接地的作業(yè)方法和步驟，并在6 相線路上得到了成功應(yīng)用，驗(yàn)證了采用帶電作業(yè)方式開展單相瞬時(shí)接地短路試驗(yàn)方案可行，相比傳統(tǒng)的停電作用方式，大大縮短了作業(yè)時(shí)間。