110kV變電站帶電作業(yè)安全距離和組合間隙試驗(yàn)研究

引言

帶電作業(yè)安全距離是確保帶電作業(yè)人員和設(shè)備安全性的重要參考,國(guó)內(nèi)外在線路帶電作業(yè)安全距離方面開(kāi)展了大量的研究,提出了不同電壓等級(jí)線路的安全距離和組合間隙[1-3],而變電站帶電作業(yè)的安全距離研究則較少。變電站帶電作業(yè)的安全距離和組合間隙值主要沿用線路的安全值,使得很多變電站無(wú)法滿足帶電作業(yè)的安全性要求,而變電站的間隙結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式與過(guò)電壓水平、放電特性也和線路間隙有很大不同,因而有必要針對(duì)110kV變電站管型母線的特點(diǎn),開(kāi)展相地、相間間隙在帶電作業(yè)工況下放電特性的試驗(yàn)研究,確定最小安全距離和組合間隙,為帶電作業(yè)的開(kāi)展與實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

1試驗(yàn)方法及設(shè)備

1.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)電源為兩臺(tái)沖擊電壓發(fā)生器,參數(shù)為4000kV/527kJ和3600kV/300kJ,采用基于光學(xué)同步觸發(fā)的裝置可以滿足相間操作沖擊放電特性試驗(yàn)的要求。試驗(yàn)電壓的測(cè)量采用弱阻尼阻容分壓型沖擊電壓分壓器,最大測(cè)量電壓分別為3600kV和5400kV,放電電壓擊穿時(shí)間和波形的采集采用泰克DPp4054四通道數(shù)字示波器。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總不確定度經(jīng)校正小于30。

作業(yè)人員的模擬在試驗(yàn)中采用與實(shí)際人體的形態(tài)及結(jié)構(gòu)基本一致的模擬人,模擬人身寬0.5m,站姿高1.8m,四肢可自由彎曲,試驗(yàn)中可根據(jù)不同作業(yè)工況調(diào)節(jié)模擬人姿態(tài)。試驗(yàn)用管母直徑100mm,總長(zhǎng)度18m,中間平直段長(zhǎng)15m,兩端為弧形,加裝直徑0.35m的均壓環(huán),管母采用支柱絕緣子進(jìn)行支撐,如圖1所示。

12試驗(yàn)方法

在對(duì)空氣間隙進(jìn)行操作沖擊電壓放電試驗(yàn)時(shí),獲取間隙的50%放電電壓U50與標(biāo)準(zhǔn)偏差[6%]可采用多種方法,如多級(jí)法、兩點(diǎn)法、升降法、廣義升降法等。由于升降法獲取U50比較準(zhǔn)確和簡(jiǎn)單,所得的[6%]也有較好的準(zhǔn)確性,因此,目前國(guó)內(nèi)在帶電作業(yè)間隙放電試驗(yàn)中,都采用升降法來(lái)獲取U50與[6%]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知,加壓次數(shù)與[6%]有關(guān),帶電作業(yè)間隙放電電壓的[6%]一般在3%d5%,因此,加壓次數(shù)取40次。表征操作沖擊電壓特性的參數(shù)除了幅值外還有波形,影響波形參數(shù)的重要因素有電源容量、線路長(zhǎng)度、電容和電感值、操作方式以及電網(wǎng)固有振蕩周期。根據(jù)西安高壓電器研究所的研究可知:110kV電網(wǎng)的波頭時(shí)間處于300～1800u～,多數(shù)在1000u～左右,因而,試驗(yàn)電壓采用標(biāo)準(zhǔn)的250/2500u～操作沖擊電壓是出于偏嚴(yán)格的考慮。

試驗(yàn)管母間帶電作業(yè)的相間最小安全距離時(shí),分為作業(yè)人員在負(fù)極性管母處和在正極性管母處進(jìn)行等電位作業(yè)兩部分進(jìn)行。試驗(yàn)中將模擬人放置在負(fù)極性或正極性管母處,并用銅導(dǎo)線將模擬人和管母連接,使二者保持等電位,試驗(yàn)中兩管母的距離d2可以調(diào)整。具體試品布置示意圖如圖1所示。

線路帶電作業(yè)組合間隙試驗(yàn)表明,當(dāng)作業(yè)人員處于間隙中某一位置時(shí)存在最低放電點(diǎn)。本試驗(yàn)中通過(guò)保持兩母線間距離scs1.75m,改變模擬人距離兩母線的距離s1和s2,測(cè)量相間操作沖擊放電電壓,根據(jù)不同位置的放電電壓來(lái)確定最低放電位置,如圖1所示。在確定了相間帶電作業(yè)組合間隙最低放電位置后,試驗(yàn)中將模擬人固定于最低放電位置,即保持s2不變,改變正極性管母與模擬人之間的距離(s1）,在1.55～3.3m選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行相間操作沖擊電壓放電試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1相間帶電作業(yè)間隙正負(fù)極性放電特性

作業(yè)人員處于模擬管型母線上對(duì)相鄰母線的放電電壓如圖2所示,間隙距離在1.75～3.75m,正極性U50＋和負(fù)極性U50-放電的差異性在間隙距離2.5m時(shí)最大,為6%,其他間隙距離下兩者放電的差異性均小于4%。而根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出負(fù)極性下的間隙系數(shù)Kg為1.07～1.29,正極性的間隙系數(shù)Kg為1.08～1.31,在正負(fù)極性試驗(yàn)中間隙系數(shù)均隨著間隙的增大而增大,而110kV變電站的相間間隙距離在1.9m左右,考慮安全裕度,取間隙系數(shù)Kg為1.07。

2.2相間組合間隙放電最低點(diǎn)

根據(jù)操作沖擊放電特性曲線可知,當(dāng)模擬人距負(fù)極性管母距離約為0.2m時(shí),操作沖擊50%放電電壓最低,故此處為管母間隙最低放電點(diǎn)位置。當(dāng)作業(yè)人員處于浮動(dòng)電位時(shí),對(duì)間隙的放電影響較為明顯,在本次試驗(yàn)中,放電電壓最低點(diǎn)(0.2m）的U50約為最高點(diǎn)(0.6m）處U50的89%,間隙系數(shù)Kg位于[0.97,1.07]之間。

2.3組合間隙放電特性試驗(yàn)

當(dāng)作業(yè)固定在距離管型0.2m處時(shí),調(diào)整兩管型母線間的距離,得到相間最小組合間隙操作沖擊放電特性曲線圖,放電電壓幾乎隨間隙距離直線增加。組合間隙的間隙系數(shù)Kg為[0.97,1.16],Kg隨間隙距離的增大而增大,由于110kV變電站相間一般在1.9m左右,因而組合間隙時(shí),間隙系數(shù)從嚴(yán)考慮,取為0.97。

3分析與討論

3.1110kV變電站帶電作業(yè)過(guò)電壓水平

帶電作業(yè)時(shí),不考慮線路合閘過(guò)電壓,如果在帶電作業(yè)時(shí)已停用自動(dòng)重合閘,過(guò)電壓倍數(shù)一般較《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620一1997）標(biāo)準(zhǔn)中給出的統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓U2%倍數(shù)Ke低:對(duì)于110kV的最大操作過(guò)電壓倍數(shù)Ke=3.0,由于變電站一般位于線路的首端或末端,并且配置了避雷器,因而過(guò)電壓水平較線路的過(guò)電壓水平低。通過(guò)采用ATP-EMTP建立的變電站操作過(guò)電壓仿真模型,計(jì)算得到變電站相地操作過(guò)電壓水平為2.15p.u.,相間過(guò)電壓水平為3.94p.u.。變電站避雷器的操作沖擊殘壓水平226kV(2.29p.u.）和計(jì)算得到的帶電作業(yè)過(guò)電壓水平相差約6.5%,因而在不知道變電站過(guò)電壓水平的情況下,可以將其避雷器的操作沖擊殘壓水平作為帶電作業(yè)的過(guò)電壓水平,并且還有較大的安全裕度。相間過(guò)電壓水平一般按照相地過(guò)電壓水平的1.4倍來(lái)計(jì)算,而由于避雷器和帶電作業(yè)工況(停用重合閘）等限制過(guò)電壓措施的采用,帶電作業(yè)工況下的相間過(guò)電壓水平并不滿足1.4倍(3.01p.u.）的關(guān)系。

3.2最小安全距離和組合間隙

帶電作業(yè)安全距離和組合間隙的計(jì)算簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法,校核標(biāo)準(zhǔn)為帶電作業(yè)危險(xiǎn)率不大于10-5。大量帶電作業(yè)試驗(yàn)研究表明,作業(yè)人員在等電位作業(yè)時(shí)對(duì)接地體的操作沖擊放電電壓U50要比地電位作業(yè)時(shí)對(duì)帶電導(dǎo)體的U50低,從嚴(yán)考慮,采用作業(yè)人員處于等電位時(shí)的放電特性來(lái)確定相地間隙的最小安全距離。根據(jù)以往的大量試驗(yàn)研究,該工況下的操作沖擊放電間隙系數(shù)Kg為1.11～1.23,從嚴(yán)考慮,Kg可取為1.11。當(dāng)作業(yè)等電位處于管母上時(shí),考慮人體占位1.5m,若采用絕緣操作平臺(tái)或絕緣高空車(chē)則該距離可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)占位進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)作業(yè)人員處于等電位時(shí),計(jì)算相鄰導(dǎo)線的最小安全距離以及相間組合間隙時(shí)人體占位可以按照0.5m考慮。計(jì)算得到的相關(guān)距離如表1所示。

表1110kV帶電作業(yè)的最小安全距離和組合間隙

4結(jié)論

(1）在110kV模擬管型母線間隙距離為1.8m時(shí),110kV管型母線最低放電點(diǎn)在距離管型母線0.2m的位置,當(dāng)最低放電點(diǎn)位置確定時(shí),組合間隙的間隙系數(shù)隨總間隙的增大而增大。

(2）變電站的避雷器對(duì)變電站帶電作業(yè)過(guò)電壓水平有明顯影響,從嚴(yán)考慮,帶電作業(yè)的最大過(guò)電壓可取避雷器的操作沖擊殘壓。

(3）對(duì)于110kV管型母線的變電站,海拔1000m帶電作業(yè)相地和相間最小安全距離分別為0.78m和1.72m,最小組合間隙為1.85m。