66kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線間帶電斷接引線作業(yè)的安全距離計(jì)算與分析

羅 彤，李學(xué)斌，劉增浩，呂雙英，白 洋

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司物資分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000)

66kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線間帶電斷接引線作業(yè)的安全距離計(jì)算與分析

羅 彤1，李學(xué)斌1，劉增浩1，呂雙英2，白 洋3

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司物資分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000)

根據(jù)220 kV變電站典型設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，在滿足相關(guān)國(guó)家、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程前提下，對(duì)220 kV變電站內(nèi)進(jìn)行66 kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線帶電斷接引線作業(yè)的安全距離進(jìn)行計(jì)算與分析，在此基礎(chǔ)上得出作業(yè)的可行性，并為相關(guān)作業(yè)方案制定和工具研制提出合理化建議。

帶電作業(yè)；安全距離；管母線；變電站

Abstract: According to the actual situation of 220 kV substation typical design and under the premise of meeting the relevant national or power industry standards and regulations.This paper calculates and analyses the safety distance of breakout operation on charged lead between 66 kV disconnecting switch and pipe busbar in 220 kV substation.It draws a conclusion of the operation feasibility on this basis, then it provides rationalization proposal for planning of the relevant working schemes and developing tools.

Keywords：live working；safety distance；pipe busbar；substation

隨著狀態(tài)檢修工作的深入開(kāi)展以及社會(huì)對(duì)供電可靠性要求的不斷提高，減少變電站設(shè)備停運(yùn)次數(shù)，大力推廣變電帶電作業(yè)技術(shù)，已經(jīng)成為變電檢修作業(yè)技術(shù)發(fā)展的新方向[1]。

當(dāng)前，國(guó)家電網(wǎng)公司220 kV室外變電站典型設(shè)計(jì)[2]考慮節(jié)省占地，66 kV室外配電裝置采用管母線普通中型布置。針對(duì)66 kV母線隔離開(kāi)關(guān)檢修，現(xiàn)有的方法是需要相應(yīng)母線停電。由此，將頻繁地增加66 kV母線運(yùn)行人員停電倒閘操作次數(shù)，增加誤操作幾率，同時(shí)降低母線可用壽命，單母線運(yùn)行也會(huì)威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。如果采用帶電檢修，略顯緊湊的間隔結(jié)構(gòu)對(duì)帶電作業(yè)安全距離也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此有必要對(duì)66 kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線間帶電斷接引線作業(yè)的距離進(jìn)行分析計(jì)算，相關(guān)結(jié)論將會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)技術(shù)規(guī)范的編制提供參考。

1 對(duì)象選取

鑒于國(guó)家電網(wǎng)公司220 kV室外變電站典型設(shè)計(jì)的普遍適用性，選擇某220 kV變電站66 kV母線間隔作為研究對(duì)象，對(duì)其開(kāi)關(guān)至管母線帶電斷接引線作業(yè)中的安全距離、組合間隙進(jìn)行理論計(jì)算。

2 作業(yè)安全距離的理論分析

2.1依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算安全距離

在對(duì)某220 kV變電站內(nèi)66 kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線間進(jìn)行帶電斷接引線作業(yè)時(shí)，其裝置設(shè)備上的過(guò)電壓按66 kV等級(jí)輸電線路可能出現(xiàn)的最大過(guò)電壓考慮，根據(jù)DL/T620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》[3]，確定本項(xiàng)目最大過(guò)電壓倍數(shù)為4.0。參考GB/T 19185—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》[4]，通過(guò)理論計(jì)算確定其帶電作業(yè)最小安全距離。

首先確定作業(yè)位置的統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓U2%：

(1)

(2)

式中：ke為相對(duì)地統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓倍數(shù)；kp為相間統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓倍數(shù)，kp=1.33ke+0.4；Um為最高工作電壓，kV。

根據(jù)仿真計(jì)算，可得絕緣間隙的統(tǒng)計(jì)耐受電壓U90%為

(3)

(4)

式中：ks=1.1；ke=4.0；求得kp=5.72；取Um=72.5 kV，可得：

相-地U90%=260.46 kV

相-相U90%=372.46 kV

則最小電氣安全距離為

Dmin=2.17[eU90%/(1 080 kt)-1]

(5)

式中：綜合系數(shù)kt=kd·kg·ka；若取標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)kd=0.936；間隙系數(shù)kg=1.2；海拔高度為100 m，U90%在200～399 kV時(shí)的海拔修正系數(shù)ka=0.992，則計(jì)算結(jié)果為

相-地Dmin=0.52 m

相-相Dmin=0.79 m

綜上，參考GB/T 19185—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》，通過(guò)統(tǒng)計(jì)法計(jì)算確定最小電氣安全距離：相-地為0.52 m；相-相為0.79 m。此結(jié)論可作為66 kV隔離開(kāi)關(guān)至管母線間帶電斷接引線作業(yè)時(shí)安全距離的確定依據(jù)。

2.2通過(guò)慣用法計(jì)算安全距離

慣用法是一種傳統(tǒng)的習(xí)慣用法，其基本出發(fā)點(diǎn)是使電氣設(shè)備絕緣的最小擊穿電壓值高于系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過(guò)電壓值，并留有一定的安全裕度。

2.2.1 操作過(guò)電壓Ugc計(jì)算

(6)

式中：Ugc為過(guò)電壓，kV；K0為過(guò)電壓倍數(shù)，取4；K1為電壓升高系數(shù)，取1.15；UH為額定電壓，kV。

由此可得，Ugc=248 kV。

2.2.2 大氣過(guò)電壓Us計(jì)算

Us=U0/(k×X×U0+1)

(7)

式中：Us為距雷擊點(diǎn)X(km)外的雷電壓，kV；U0為起始雷電波幅值；X為傳播距離，取5 km；k為衰減系數(shù)(測(cè)得值)，一般取(0.16～1.2)×10-3。

按66 kV設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的絕緣子片數(shù)4片，在《電機(jī)工程手冊(cè)》[5]中查出對(duì)應(yīng)的雷電沖擊干閃電作為起始雷電波幅值U0=420 kV。

按偏保守計(jì)算取k=0.16×10-3，則Us=314 kV。

按上述計(jì)算求得的操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓，從《電機(jī)工程手冊(cè)》發(fā)表的操作波和雷電沖擊波正極性棒板間隙放電曲線查出其危險(xiǎn)距離分別為0.5 m和0.48 m。這說(shuō)明起控制作用的是操作過(guò)電壓,故將由操作過(guò)電壓求得的危險(xiǎn)距離作為計(jì)算安全距離Sj的依據(jù)。

按照Sj增加20%的裕度(相當(dāng)于1.2倍數(shù))得到一個(gè)不會(huì)放電的尺寸。最后根據(jù)實(shí)際的設(shè)備條件(凈空尺寸)，推薦一個(gè)整數(shù)尺寸作為安全距離。安全距離的最終裕度一般都大于20%。由此可知，增加20%裕度后的安全距離為0.6 m，《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》推薦的安全距離為0.7 m，其增加的裕度達(dá)到40%。

3 安全距離的分析與確定

在上述計(jì)算過(guò)程中，系統(tǒng)過(guò)電壓始終是確定安全距離的主要依據(jù)[6]。系統(tǒng)過(guò)電壓主要包括內(nèi)部過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓2種類型，其中雷電過(guò)電壓可通過(guò)感應(yīng)雷和直擊雷產(chǎn)生，而內(nèi)部過(guò)電壓又可細(xì)劃為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓。產(chǎn)生操作過(guò)電壓的主要原因有線路合閘和重合閘、切空載變壓器或并聯(lián)電抗器、線路非對(duì)稱故障分閘和振蕩解列、空載線路分閘；暫時(shí)過(guò)電壓則主要通過(guò)線性、鐵磁、參數(shù)3類諧振過(guò)電壓以及長(zhǎng)線路電容效應(yīng)、長(zhǎng)線路不對(duì)稱接地、甩負(fù)荷狀態(tài)下的工頻變化所產(chǎn)生。

依據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》，帶電作業(yè)應(yīng)在良好天氣下進(jìn)行。如遇雷電、雪、雹、雨、霧等，不準(zhǔn)進(jìn)行帶電作業(yè)，這從根本上排除了在進(jìn)行本項(xiàng)目帶電作業(yè)時(shí)雷電過(guò)電壓出現(xiàn)的情況。同時(shí)，在本項(xiàng)目的操作過(guò)程中，因諧振及工頻變化而出現(xiàn)暫時(shí)過(guò)電壓的狀況也不易發(fā)生。因此應(yīng)將考慮過(guò)電壓的重點(diǎn)放在操作過(guò)電壓上。

合閘空載線路或單相重合閘空載線路作為產(chǎn)生操作過(guò)電壓的2個(gè)主要原因，在一般情況下，前者誘發(fā)操作過(guò)電壓的幾率大于后者，但它們均不可能和帶電作業(yè)同時(shí)存在。合閘空載線路操作屬于計(jì)劃性合閘，線路合閘通電之前，不可能讓檢修人員留在線路上。所以，合閘空載線路操作和帶電作業(yè)不可能重疊。而根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電部分)》規(guī)定，進(jìn)行“有可能引起單相接地作業(yè)”時(shí)，應(yīng)停用重合閘。即帶電作業(yè)時(shí)，單相重合閘應(yīng)退出。兩者也不可能重疊。所以，產(chǎn)生電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓的條件和帶電作業(yè)是不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)的。

綜上所述，用電力系統(tǒng)過(guò)電壓來(lái)確定帶電作業(yè)安全距離，是不完全適用的。對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，用不可能出現(xiàn)的操作過(guò)電壓求得安全距離會(huì)大大限制本項(xiàng)作業(yè)的開(kāi)展。鑒于此，適當(dāng)降低過(guò)電壓倍數(shù)ke，可分別求得最小安全距離如表1所示?？梢?jiàn)過(guò)電壓倍數(shù)ke為4.0 pu情況下求得的安全距離，對(duì)于本項(xiàng)帶電作業(yè)操作來(lái)說(shuō)是足夠安全的。

表1 不同過(guò)電壓倍數(shù)ke對(duì)應(yīng)的最小安全距離

4 結(jié)論

根據(jù)GB/T19185—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》及通過(guò)慣用法所確定的最小相對(duì)地安全距離0.52 m和0.6 m，可以滿足該項(xiàng)目在實(shí)際操作過(guò)程中的安全可靠性，只是對(duì)應(yīng)的安全裕度有所差異，分別為4%和20%。而《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》所規(guī)定的最小安全距離為0.7 m，增加了40%的安全裕度。同理，相間距離也是安全的。綜上所述，作業(yè)時(shí)嚴(yán)格保證相對(duì)地0.7 m及相間0.9 m的安全距離，整個(gè)作業(yè)過(guò)程是安全可行的。

[1] 孫俊伍，肖 坤，馬 寧. 帶電作業(yè)面臨的新形勢(shì)[J]. 東北電力技術(shù)，2003，24(7):1-3.

[2] 劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)：220 kV戶外變電站[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005：3-6.

[3] 交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合：DL/T620—1997[S].

[4] 交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法：GB/T19185—2008[S].

[5] 周 娟.電機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997：7-9.

[6] 方年安.帶電作業(yè)安全技術(shù)[J]. 東北電力技術(shù),1994，15(7):51-59.

Calculation and Analysis of Safety Distance of Breakout Operation on Charged Lead Between 66 kV Disconnecting Switch and Pipe Busbar

LUO Tong1，LI Xuebin1, LIU Zenghao1，Lü Shuangying2，BAI Yang3

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Materials Branch Company，Shenyang，Liaoning 110006，China; 3.State Grid Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114000，China)

TM84

A

1004-7913(2017)07-0043-03

2017-04-24)

羅 彤(1979)，男，碩士，工程師，長(zhǎng)期從事高電壓技術(shù)及帶電作業(yè)工作。