110kV變電站帶電作業(yè)安全距離和組合間隙試驗研究

引言

帶電作業(yè)安全距離是確保帶電作業(yè)人員和設備安全性的重要參考,國內外在線路帶電作業(yè)安全距離方面開展了大量的研究,提出了不同電壓等級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,使得很多變電站無法滿足帶電作業(yè)的安全性要求,而變電站的間隙結構、作業(yè)方式與過電壓水平、放電特性也和線路間隙有很大不同,因而有必要針對110kV變電站管型母線的特點,開展相地、相間間隙在帶電作業(yè)工況下放電特性的試驗研究,確定最小安全距離和組合間隙,為帶電作業(yè)的開展與實施奠定基礎。

1試驗方法及設備

1.1試驗設備

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

作業(yè)人員的模擬在試驗中采用與實際人體的形態(tài)及結構基本一致的模擬人,模擬人身寬0.5m,站姿高1.8m,四肢可自由彎曲,試驗中可根據(jù)不同作業(yè)工況調節(jié)模擬人姿態(tài)。試驗用管母直徑100mm,總長度18m,中間平直段長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行支撐,如圖1所示。

12試驗方法

在對空氣間隙進行操作沖擊電壓放電試驗時,獲取間隙的50%放電電壓U50與標準偏差[6%]可采用多種方法,如多級法、兩點法、升降法、廣義升降法等。由于升降法獲取U50比較準確和簡單,所得的[6%]也有較好的準確性,因此,目前國內在帶電作業(yè)間隙放電試驗中,都采用升降法來獲取U50與[6%]。根據(jù)相關文獻可知,加壓次數(shù)與[6%]有關,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)的波頭時間處于300～1800u～,多數(shù)在1000u～左右,因而,試驗電壓采用標準的250/2500u～操作沖擊電壓是出于偏嚴格的考慮。

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

線路帶電作業(yè)組合間隙試驗表明,當作業(yè)人員處于間隙中某一位置時存在最低放電點。本試驗中通過保持兩母線間距離scs1.75m,改變模擬人距離兩母線的距離s1和s2,測量相間操作沖擊放電電壓,根據(jù)不同位置的放電電壓來確定最低放電位置,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個點進行相間操作沖擊電壓放電試驗。

2試驗結果

2.1相間帶電作業(yè)間隙正負極性放電特性

作業(yè)人員處于模擬管型母線上對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＋和負極性U50-放電的差異性在間隙距離2.5m時最大,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)試驗數(shù)據(jù)計算得出負極性下的間隙系數(shù)Kg為1.07～1.29,正極性的間隙系數(shù)Kg為1.08～1.31,在正負極性試驗中間隙系數(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

根據(jù)操作沖擊放電特性曲線可知,當模擬人距負極性管母距離約為0.2m時,操作沖擊50%放電電壓最低,故此處為管母間隙最低放電點位置。當作業(yè)人員處于浮動電位時,對間隙的放電影響較為明顯,在本次試驗中,放電電壓最低點(0.2m）的U50約為最高點(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

當作業(yè)固定在距離管型0.2m處時,調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,間隙系數(shù)從嚴考慮,取為0.97。

3分析與討論

3.1110kV變電站帶電作業(yè)過電壓水平

帶電作業(yè)時,不考慮線路合閘過電壓,如果在帶電作業(yè)時已停用自動重合閘,過電壓倍數(shù)一般較《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》(DL/T620一1997）標準中給出的統(tǒng)計過電壓U2%倍數(shù)Ke低:對于110kV的最大操作過電壓倍數(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,因而過電壓水平較線路的過電壓水平低。通過采用ATP-EMTP建立的變電站操作過電壓仿真模型,計算得到變電站相地操作過電壓水平為2.15p.u.,相間過電壓水平為3.94p.u.。變電站避雷器的操作沖擊殘壓水平226kV(2.29p.u.）和計算得到的帶電作業(yè)過電壓水平相差約6.5%,因而在不知道變電站過電壓水平的情況下,可以將其避雷器的操作沖擊殘壓水平作為帶電作業(yè)的過電壓水平,并且還有較大的安全裕度。相間過電壓水平一般按照相地過電壓水平的1.4倍來計算,而由于避雷器和帶電作業(yè)工況(停用重合閘）等限制過電壓措施的采用,帶電作業(yè)工況下的相間過電壓水平并不滿足1.4倍(3.01p.u.）的關系。

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算簡化統(tǒng)計法,校核標準為帶電作業(yè)危險率不大于10-5。大量帶電作業(yè)試驗研究表明,作業(yè)人員在等電位作業(yè)時對接地體的操作沖擊放電電壓U50要比地電位作業(yè)時對帶電導體的U50低,從嚴考慮,采用作業(yè)人員處于等電位時的放電特性來確定相地間隙的最小安全距離。根據(jù)以往的大量試驗研究,該工況下的操作沖擊放電間隙系數(shù)Kg為1.11～1.23,從嚴考慮,Kg可取為1.11。當作業(yè)等電位處于管母上時,考慮人體占位1.5m,若采用絕緣操作平臺或絕緣高空車則該距離可以根據(jù)實際作業(yè)占位進行調整。當作業(yè)人員處于等電位時,計算相鄰導線的最小安全距離以及相間組合間隙時人體占位可以按照0.5m考慮。計算得到的相關距離如表1所示。

表1110kV帶電作業(yè)的最小安全距離和組合間隙

4結論

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

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

(3）對于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。