送配電帶電作業的現狀與發展

論文類別:工學論文 > 電力論文
論文作者: 王力農
上傳時間:2006/2/28 11:06:00

摘要:介绍了近年來送配電帶電作業在技术理論、工器具、標準制定、作業方式等方面的現狀和發展,針对帶電作業安全距離、絕緣工具、保護間隙等關系安全作業的重要因素進行了分析和研究,並對配電線路帶電作業的安全防護及作業方式進行了分析討论。

關鍵词:帶電作業 安全距離 保護間隙

0 前言

  随著電網的建設和發展,带電作業已成為送配電設備測试、檢修、改造的重要手段,為電力系統的安全可靠運行和提高經濟效益發揮了十分重要的作用。我國的帶電作業起步於20世紀50年代初,與其他國家相比,無論是在作業方法的多樣化、作業工器具的輕巧化、作業項目的操作難度、應用的廣泛程度等方面都具有特色。随著各電力單位帶電作業的深入開展,在帶電作業的技術理论研究、工器具的研究開發、標準制定和安全管理方面也不斷地得到了發展。  
  為了進一步發展和提高我國的帶電作業水平,目前正在開展以下幾個方面的工作:  
  (1) 標準制定工作。標準化工作是促進帶電作业安全開展的重要保證,我國从1978年參加IEC/TC78的標準制定工作,從1980年開始制定我國的帶電作業工器具標准,至今已頒布了屏蔽服、絕緣繩、絕緣滑車、絕缘桿等20多個带電作業工器具標準,今後還將進一步加快標準的編制、修订工作,以指導工器具生產廠家的生产和檢驗。
  (2) 帶電作業理論研究。隨著帶電作業實踐經驗的積累,技術理論研究也不斷深入,一大批帶电作業的研究在國內外和專业學術交流會議上發表,包括安全距離的研究、作業方式的研究、工器具的研究、新型絕緣材料的研究,涉及到帶電作業的每一個領域。隨著750kV輸電線路、±500kV直流輸電線路、緊凑型輸電線路、500kV同塔雙回線路的建設和發展,對帶電作業理論和作業方法的研究也在不斷深入,這將對帶電作業的安全開展起到指導作用。
  (3) 帶電作業工器具的质量監督。
  (4) 帶電作業人員的培訓和技術交流。
  另外,針對帶電作业中需要進一步深入研究和探討的問題,近年來,分別在以下幾方面開展了試驗研究工作。

1
 帶電作業安全距离

  在確定帶電作业安全距離時,過去基本上不考慮系統、設備和線路長短,一律按系統可能出現的最大過电壓來確定。這對部分小塔窗線路、緊湊型線路、升壓改造線路的帶電作業帶來了限制和困難。實際上,當线路長度、系統結構、設備、作業工況不一樣時,不同線路的操作過電壓會有較大差別。如果裝有合閘電阻或在帶電作業時已停用自動重合閘,帶電作業時的實际過電壓倍數將比最大過電壓低。因此,在計算帶電作業的安全距離和危險率時,應根據系統的實際過電壓倍數來計算分析。不同系統的過电壓值可通過暫態網絡分析儀(TNA)或數字計算機應用專用程序計算求得。在實際作業中,如果無該線路的操作過電壓計算數據和測量數据,則應按該系統可能出現的最大過电壓倍數來確定安全距離。如果通过計算和測量已知該線路的实際過電壓倍數,則可采用标準中推薦的方法進行計算並通过試驗來加以校核確定。  
  帶電作業最小安全距離包括帶電作業最小電氣間隙及人體允许活動範圍。在IEC標准中,最小電氣距離是指在帶電作业工作點可防止發生電氣擊穿的最小間隙距離。最小電氣間隙距離的确定受到多種因素的影響,主要包括間隙外形、放电偏差、海拔高度、電壓極性距離等。一般來說,作業間隙的形狀對放電電壓有明顯的影響。在正極性標準沖擊電壓下,棒—板結構的放電電壓最低,其間隙系數為1.0。對於其他不同的間隙結構,可通過真型試驗求出不同電極結構下的間隙系数。間隙結構的不同,直接影響到進入高电位的作業方式。試驗結果表明:在同樣的間隙距離下,处於等電位的模擬人對側边構架的放電電壓要高於對頂部構架的放電電壓。這是因为當模擬人成站姿或坐姿位於模擬導線上時,對塔窗頂部構架形成明顯的棒—板電極。所以,當模擬人距側邊構架和頂部構架距離相同時,放電路徑大部分为沿模擬人頭部至塔窗頂部構架。因此,為提高帶電作业的安全性,在選擇进入等電位的路徑時,作業人員应從塔窗側面水平進入,而不應從塔窗頂部垂直進入。

2
 帶電作業用保護間隙

  為避免因帶電作業而額外增大塔頭尺寸,美國、加拿大、巴西、俄羅斯等國均開展了加裝保護間隙來進行帶電作業。加裝保護間隙後,不僅使緊湊型線路的帶電作業變得可行,保證了作業人員的安全,而且由於带電作業間隙不再成為控制因素,有效地減小了桿塔的塔頭尺寸。
  目前,在我國相當一部分線路的塔頭設計中,為了滿足带電作業安全距離和组合間隙的要求,塔頭尺寸必須加大,從而增加了基建费用。實際上,在帶電作業過程中,恰遇高幅值操作過電壓是一個小概率事件,為這一小概率事件而增加全線桿塔的塔頭尺寸,在經濟上是不合理的。而在帶电作業工作點加裝保護間隙后,帶電作業間隙可不再成為塔頭尺寸的控制因素,就不需要為作業人員的安全需要而额外增大塔頭尺寸。
  加裝保護間隙後,可提高帶電作業的安全性。特別是對於緊湊型線路、升壓改造線路和小塔窗線路,由於其相間及相對地距離偏小,按常規作業方式將无法滿足標準和規程中規定的最小安全距離和組合間隙。
  在帶電作業過程中,當系統過電壓超過作業間隙的放電電壓時,就可能發生間隙放電而危及作業人員的安全,如果在帶電作業工作點加裝保護間隙,且設定保護間隙的放電電壓低于作業間隙的放電電壓,則在過电壓作用下,保護間隙将先期放電,從而限制了過電壓的幅值,起到保護作業人员安全的作用。
  另外,當作業人員沿絕緣子串進入等電位或進行更換絕緣子作業時,如果串中存有不良絕緣子,一旦线路上出現過電壓,將可能沿串放電而危及作業人員的安全。由於保護间隙在絕緣配合上限制了过電壓的幅值,相當於排除了沿串放电的不確定性,因此,加裝保護間隙后不僅使作業間隙偏小的桿塔間隙的带電作業滿足安全要求,即使對於作業間隙较大的桿塔,也可以起到進一步提高作業安全性的作用。
  保護間隙的設計原則為:
  (1) 保護間隙的放電电壓應具有穩定性、重復性。
  (2) 保護間隙的放電電壓應不受导線布置、絕緣子類型、桿塔塔型、極性效應等的影響。
  (3)保護間隙應可調節,在安裝或拆卸時應增大間隙以保護裝卸人員的安全,安裝就位後可減小間隙到設定值。
  (4) 保護間隙應輕巧,便於拆卸、安裝、运輸,適於野外和塔上作業,便于作業人員操作。
  (5) 保護間隙應具有良好的动熱穩定性,不因放電而损壞導線、絕緣子及鐵塔構件。
  間隙距離的設定原則為:
  (1) 為確保作業人員的安全,保護間隙的上限放电電壓應低於作業間隙的下限放電電壓,即在任何工況下,在過電壓出現時都應是保護間隙100%先行放電。
  (2) 保護間隙在最高工作電壓(工頻)下不動作。
  (3) 保護間隙的可調電極應有定位限制裝置以保證電極間的標準距離,其間隙距离的整定值應根據實際布置下的試驗值確定。
  對于500kV紧湊型線路、小塔窗線路或其他不能滿足《安規》中規定的最小安全距离(3.6m)和最小組合間隙(4.0m)的線路,在進行帶電检修和維護作業時可加装保護間隙。根據計算,保護間隙的保護範圍可達1.7km,而500kV線路的代表檔距為500m,絕大部分檔距在1000m以下,因此作業時只需在作業點的相鄰桿塔的工作相上悬掛保護間隙即可。

轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com 3 750kV線路帶電作業
  
  根據國家開發西部的戰略決策,西北电網750kV輸變電工程即将建設。對於750kV及以上電壓等級輸電線路的帶電作業,國外對安全間距、作業方式、作業工具、安全防护用具及措施等進行了試驗研究,但這些研究結果並不能簡單地搬用於我國。一是環境條件不一樣,我國擬建的750kV線路大多在高海拔地区;二是線路結構不一樣,各國的750kV線路在塔型、塔頭尺寸、導線及絕緣子配置上均有區別;三是作業方式及作業工具也不一样。例如美、加等國應用高空絕缘鬥臂車和直升飛機進入等電位,其作業方式、進入路徑、工具特點均不一樣。因此,需結合我國的作業方式及工具特點進行研究。
  我国對500kV及以下電壓等級輸電線路的帶電作業已具有較為成熟的經驗,但對750kV線路的帶電作業尚未进行過研究。為了使750kV線路投运後能順利地進行帶電作業,有必要在設計和建設之初就對作业間距、作業方式等進行系統研究,並制定出相應的作業規程,以保證作業人員和運行設備的安全。另外,我國對750kV帶電作業人員的安全防護還不曾進行過研究,考慮到750kV線路空间場強高,作業人員的體表场強也會相應增高,為了確保帶電作業的安全開展,還需要對等電位作业人員的體表場強進行測量,並研究相應的安全防護用具及防護措施。
  根據750kV輸電系統的過電壓實際計算值,並分析研究帶電作業時過電壓可能出現的類型,得出在带電作業工作中主要是由單相接地故障過電壓和故障清除過電壓確定過電压水平。在帶電作業安全距離與组合間隙的研究中,主要采用試驗研究與計算相結合的方法,根據初步設計中擬采用的塔型及絕緣子串、导線布置形式制成11模擬塔頭,結合实際帶電作業中可能出現的各種工況,分別模擬作業人員在不同工況下的作業位置並進行放電特性試驗,求取在不同过電壓水平下的帶電作業最小安全距離。
  對750kV線路等電位作業時進入高电位的方式有多種,這些方式中的進入路徑和運動軌跡十分接近,在試驗中,通過模拟作業人員進入等電位的路径和軌跡,分別進行了作業人員在不同的進入位置的組合間隙放電試驗,試驗包括二部分:一是改變模拟人在間隙中的位置,求取最低放電電壓位置及最低放電電压。二是保持模擬人在最低放電位置不變,改變塔身與模擬人之間的距離,通過試驗求取U50放電特性曲線,並通過計算放电危險率求取最小組合间隙。在最小組合間隙的試驗中,分別進行了人通過耐張串絕緣子进入等電位和人借助絕緣工具進入等電位的試驗。
  在帶電作業人員的安全防護研究中,分析了強電場對人體可能產生的影響,對屏蔽服進行了衣料試驗和成品性能試驗,並模擬等電位作業工況,對模擬人屏蔽服內、外體表場強和流经人體的電流進行了測量。另外,還進行了操作沖擊電壓下的生物放電試驗,分析了有無暴露部位的屏蔽防護效果。結合作業人員在地電位作業、等電位作業、檢修作業等不同工況,提出了相應的防護措施及安全注意事項。

4
 帶電作業用絕缘工具

  帶電作業用絕緣工具應具有良好的電氣絕緣性能、高機械強度,同時還應具有吸湿性低、耐老化等優點。為了現場作業的方便,絕緣工具還應质量輕、操作方便、不易損壞。目前帶電作業用絕緣工具大致可分為硬質絕緣工具和軟質絕緣工具二大類。硬質絕緣工具主要指以绝緣管、棒、板為主絕緣材料制成的工具,軟質絕緣工具主要指以絕緣繩為主絕缘材料制成的工具。絕緣材質的性能直接影響和決定著工具的電气和機械性能。
4.1
 絕缘桿
  玻璃纖维、環氧樹脂和偶聯劑是構成絕缘桿的主要成分。絕緣杆的制造方法較多,其中用於制造絕緣桿的主要工藝有濕卷法、幹卷法、纏繞法和引拔法等。
  絕緣桿的老化有整體老化和部分老化二個方面。整體老化主要是指受潮、長時間的整體材質老化;部分老化主要是指絕緣桿頂端長期在強電場作用下,因局部滑閃、漏电、放電而引起的材質老化。尤其對於500kV帶電作業用工具,強電場造成的部分材質老化,使工具整體的絕緣距離減小,易於形成事故隱患,應采用定期監測的方式。驗收試驗中,試驗電壓過高會引起電晕或流柱放電,通過離子轟擊侵蝕絕缘材料,電子則破壞絕缘的化學鍵,致使有機材料劣化,由此產生的導電沈积物在接近電極端部的高场強區起到延長電極的作用,從而導致材料的進一步劣化。因此,在檢驗性試驗中選擇適當的試驗電壓也是很重要的。  
  操作桿表面的汙穢狀態對操作杆的閃絡性能影響很大。據國外試驗結果表明,表面汙穢后,特別是沈積物受潮並導电時,耐閃絡強度會嚴重降低。這是因為當絕緣桿表面有臟污而大氣濕度又較高時,沿絕緣桿的电壓分布更趨不均勻,高場強處将出現輝光放電,使沿絕缘桿表面的泄漏電流具有躍變的特點。國外對帶電作業操作桿進行鹽霧及人工汙穢試验,測定鹽霧、工業煙霧的凝聚、沈積物及意外污垢對操作桿的可能影响。試驗結果表明,甚至在低電導率的霧裏,泄漏電流也遠大於可感知的1mA電流,操作桿表面材料的特性,縱向缺損及其他的不均勻性對受潮及汙穢狀態下的閃絡性能影響較大。
  幾十年來,我國帶电作業用絕緣桿的材料及制作工艺不斷改進。引拔成型工藝增強了絕緣材料的致密性和成型桿的抗彎特性,使絕緣材料的滲水性大大降低,防潮性也得到了顯著的提高。目前產品性能已達到國際先進水平,部分技術指標甚至優於國外同類產品。
4.2
 絕緣繩

  絕緣繩索是廣泛應用於帶電作業的絕緣材料之一,可用作運載工具、攀登工具、吊拉繩、連接套及保安繩等。以绝緣繩為主絕緣部件制成的工具為软質絕緣工具。軟質絕緣工具具有靈活、簡便、便於携帶、適於現場作業等特點,不少軟質絕緣工具具有中国帶電作業的獨有特色。目前帶電作业常用的絕緣繩主要有蠶絲繩、錦綸繩等,其中以蚕絲繩應用得最為普遍。  
  蠶絲在幹燥狀態時是良好的電氣絕緣材料,電阻率約為1.5×10115×1011Ωcm,但随著吸濕程度的增加,电阻率將明顯下降。由於蠶絲的絲膠具有親水性及絲纖維具有多孔性,因而蠶丝具有很強的吸濕性,當蠶絲作為绝緣材料使用時,應特別註意避免受潮。
  由於帶電作業可能遇到突然起霧、下雪等惡劣氣候條件,所以絕緣繩在潮濕状態下的電氣性能將直接關系到人身及設備安全。據調查,我國帶電作業中已多次发生絕緣繩濕閃及燒斷事故,试驗表明,絕緣繩受潮後,泄漏電流急劇增加,閃絡電壓顯著降低,繩索發熱甚至燃燒起火。  
  絕緣繩在高濕狀態下的電氣性能與材料的吸水性有关,當絕緣繩嚴重受潮時,水沿繩表面及內部孔隙形成连續的導電水膜,由於水膜具有離子電導作用,使泄漏電流大大增加,蠶絲絕缘繩的絲膠具有親水性及絲纖維具有多孔性,因此水分子不僅附著繩表面及繩內間隙,而且滲透全部纖維內部,不僅使蠶絲繩的闪絡電壓明顯降低,而且較大的泄漏電流導致繩索發熱直至起火燃燒。
  針對安全開展帶电作業的需要,近年来,國內部分制造單位研制了防潮型絕緣繩。參照國外相關標准中對絕緣繩索的防水防潮要求,分別進行了168h持續高濕度下工頻泄漏電流試驗、浸水後工頻泄漏電流試驗、淋雨工頻閃絡電壓試驗。另外,為考核使用後的防潮性能,又增加了50%斷裂負荷、漂洗、磨損后168h高濕度下工頻泄漏電流试驗。從試驗結果來看,與常規型絕缘繩相比較,高濕度下工頻泄漏電流显著減小,淋雨閃絡電壓大幅度提高,在浸水後仍可保持良好的絕緣性能。但需要指出的是:防潮型絕緣繩索在浸水、淋雨狀態下有較好的絕緣性能,但這並不意味著絕緣繩索可直接用於雨天作業。防潮型絕緣繩索主要是為了解決常规型遇潮狀態下絕緣性能急速下降的缺點,增強絕緣繩索在现場作業時遇潮、突然降雨等狀況下的絕緣能力,從而提高帶電作業的安全性。因此,無論哪一種絕緣绳索,應盡量在晴朗、幹燥氣候下使用。一旦遇到不良氣候条件,防潮絕緣繩索的絕緣性能将優於常規型絕緣繩索。

5
 配電線路带電作業

  610kV配電網络是直接面向用戶的電力基礎設施,它具有網絡復雜、覆盖面大的特點。由於配电網絡絕緣水平低,在大氣過电壓、汙穢或其他外界因素作用下易發生故障,检修工作量大,難以滿足可靠供電的要求。從20世紀60年代至80年代初,国內曾推廣開展配電網的帶電作業,但由於缺乏合適的人身安全防護用具及作業方式不規範,造成配電網作業事故較多,導致部分地區停止了配電線路的帶電作業。  
  在配電線路的帶電作業中,采用的作業方法主要有絕緣桿作業法和絕緣手套作業法。1绝緣桿作業法也可稱為間接作業法,絕緣手套作業法也可稱為直接作業法。以上兩種作业法中,均需對作業人員觸及範圍內的帶電體和接地體進行絕緣遮蔽。在作業范圍窄小,電氣設備密集处,為保證作業人員對相鄰带電體和接地體的有效隔離,在适當位置還應裝設絕緣隔板等限制作业者的活動範圍。需要特別指出的是,在配電線路的帶电作業中,不允許作業人员穿戴屏蔽服和導電手套。采用等电位方式進行作業,絕缘手套法也不應混淆為等電位作業法。
  在超高壓輸電線路的帶电作業中,空間電場強度高,作業間隙大,作業人員穿屏蔽服進入高電位并采用等電位作業法进行檢修和維護是一種安全、便利的作業方式。但在配電線路的帶電作業中,由于配電網絡的電壓低,三相導線之間的空間距離小,而且配電設施密集,使作業範圍变小,在人體活動範圍內很容易触及不同電位的電力設施。因此,作業人員身穿屏蔽服,直接接觸帶電體的等電位作業方式在配電網的帶電作業中不宜采用。盡管不少單位在應用這種方式時並沒有出現事故,但嚴格地說,存在著安全隱患,一旦出現以下情況:帶電体沒遮蓋或遮蓋不全且作業人員動作幅度大,造成相對地短路或同時接觸兩相帶電體時,較大的短路電流將通過屏蔽服,不僅造成设備短路,而且會因短路電流超過屏蔽服通流容量,直接造成人員伤亡。所以,在配電網的帶電作業中,不宜穿屏蔽服進行等電位作業,而應穿絕緣服進行作業。
  無論是采用絕緣桿作業法還是采用绝緣手套作業法,由於作業人員是穿戴絕緣用具對人体進行安全防護和隔離,此时人體電位既不是地電位,也不是等電位,而是一懸浮電位。如按人體電位來劃分,應屬中間電位作業法。
  近年來,各地電力部分廣泛采用絕緣斗臂車進行配電線路的帶電作业,它具有升空便利,機動性強,作业範圍大,機械強度高,電氣绝緣性能高等優點。带電作業絕緣鬥臂車自20世紀30年代在歐美國家開始研制,到50年代以後在送、配电線路帶電作業中得到廣泛的应用。絕緣鬥臂車的絕緣臂采用玻璃纖維增強型環氧樹脂材料制成,繞制成圓柱形或矩形載面結構,具有質量輕、機械強度高、電氣絕缘性能好、憎水性強等優点,在帶電作業時為人體提供相對地之間絕緣防護。绝緣鬥有的為單層鬥,有的為雙層斗,外層鬥一般采用環氧玻璃鋼制作,內層鬥采用聚四氟乙烯材料制作。絕緣鬥具有高電气絕緣強度,與絕緣臂一起組成相對地之間的縱向絕緣,使整車的泄漏電流小於500霢同時當工作時,若绝緣鬥同時觸及兩相導線,应不發生沿面閃絡。  
  絕緣遮蔽工具和人身安全防護用具在配電带電作業中起到十分重要的保护作用。在IEC標準中,規定2級絕緣防护用具的最高使用電壓為17kV,在我國電力行業標準中,結合我國電力系統的電壓等級及中性點接地方式,並考慮適當的安全裕度,規定了2級防護用具的最高使用電压為10kV2。針對絕緣防護用具的特点,規定了技術要求及試驗方法。近年來,已頒布了多項專門的技術標準和導则,並具體規定了安全防護用具的使用步驟及使用方法。

6
 結束語

  當前,帶電作業除繼續開展常规帶電作業項目外,有向二個方向發展的需要和趋勢。一是隨著750kV交流线路、500kV紧湊型線路、±500kV超高壓直流線路的發展,对超高壓帶電作業提出了新的課題,需要研究相應的安全作业方式、配套工器具及人身安全防護用具;二是隨著對供電可靠性的要求越來越高,為盡量減少停電範圍和時間,需在已開展的配電網带電作業項目基礎上,進一步研究配電網的安全不停電作業法。通過工具、設備、作業方法的研究和發展,提高帶电作業安全性,以滿足電网可靠、穩定、經濟運行的要求。

7
 

參考文獻


  
  [1] 胡毅.配電線路帶電作業技術.北京:中國電力出版社,2002.
  [2] DL/T803-2002 帶電作業用絕緣毯.轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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