（电气工程专业论文）±660kv直流输电线路带电作业方法的研究.pdf

本人郑重声明 立进行研究所取得 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名毖导师签名诬 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t 队c t ii 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 本文主要工作2 第二章宁东一山东直流线路工程概况3 2 1 工程简介3 2 2 工程主要参数3 2 3 工程主要规划塔型图7 第三章带电作业时的过电压水平计算分析8 3 1 计算条件8 3 1 1 双极运行线路接地时健全极产生过电压分析8 3 2 小结14 第四章带电作业安全距离的试验研究15 4 1 试验条件15 4 1 1 试验塔型15 4 1 2 试验设备16 4 1 3 带电作业间隙操作冲击放电特性17 4 1 4 带电作业绝缘配合17 4 1 5 气象及海拔高度修正18 4 2 带电作业安全距离试验19 4 2 1 等电位人员对其上方横担安全距离试验19 4 2 2 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验2 2 4 2 3 等电位人员对侧面塔身构架安全距离试验2 4 4 2 4 等电位人员对其上方横担最小安全距离2 7 4 2 5 极导线对侧面塔身地电位人员最小安全距离2 7 4 2 6 等电位人员对侧面塔身最小安全距离2 8 4 2 7 小结2 8 4 3 带电作业组合间隙试验研究2 9 4 3 1 吊篮法从侧面塔身进入等电位组合间隙试验2 9 4 3 2 吊篮法从侧面塔身进入等电位最小组合间隙3 2 4 3 3 小结3 2 4 4 试验结果总结3 2 第五章带电作业内容及方式3 4 5 1 规划带电作业内容及方式3 4 山东大学硕士学位论文 5 2 操作步骤3 5 5 3 安全措施3 6 第六章总结与展望3 8 6 1 总结3 8 - 6 2 展望3 9 附图1 ：宁东一山东6 6 0 k v 直流输电示范工程输电线路路径图4 0 附图2 ：宁东一山东- ! - 6 6 0 k v 直流输电示范工程黄河大跨越路径图4 0 附图3 ：山东电网地理接线图及2 0 1 5 年电网规划图4 1 参考文献4 2 致谢4 5 攻读学位期间所发表的学术论文目录4 6 攻读学位期问参加的科研工作4 7 山东大学硕士学位论文 摘要 世界首条+ 6 6 0 k v 电压等级直流输电工程宁东一山东6 6 艄流输电示 范工程，目前已经进入紧张施工阶段，预计2 0 1 0 年1 0 月单极运行。作为跨区联网 直流输电线路，线路双极输送容量达到4 0 0 0 m w ，线路运行后的停电检修机会将 会极少。在此背景下，本文对+ 6 6 0 k v 直流输电线路带电作业安全距离等基础技 术进行研究，以适应+ 6 6 0 k v 直流输电线路投运后安全可靠运行的需要。 通过理论计算，确定了+ 6 6 0 k v 直流输电线路带电作业过电压水平。结合工 程实际，在各种工况下针对带电作业安全距离进行了试验研究，并根据不同作业 位置安全距离的放电特性，结合线路相地过电压倍数，计算得到海拔2 0 0 0 m 以下 地区+ 6 6 0 k v 直流输电线路带电作业最小安全距离。 针对+ 6 6 0 k v 直流输电线路作业人员从塔身侧面进出等电位过程的组合间隙 进行试验，并根据其放电特性，结合线路相地过电压倍数，计算得到海拔2 0 0 0 m 以下地区+ 6 6 0 k v 单回直流输电线路带电作业最小组合间隙。 根据研究成果并结合国内在超高压直流输电线路带电作业上的经验，规划了 6 6 0 k v 直流输电线路常规带电作业内容及带电作业方法，并以带电更换耐张绝 缘子串单片绝缘子为例，详细介绍了带电作业步骤、安全措施等。 本文可为6 6 0 k v 直流输电线路上开展带电作业提供依据和技术支撑。 关键词t + 6 6 0 k v 直流输电线路，带电作业，安全距离 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef i r s t + 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o np r o j e c ti nt h ew o r l d l - t i l en i n g d o n g s h a n d o n g 士 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nd e m o n s t r a t i o np r o j e c t ，h a sa l r e a d yb e e nt h ec o n s t r u c t i o n s t a g ea tp r e s e n t i tw i l lb ep u ti n t oo p e r a t i o ni no c t o b e r , 2 0 10 a st h ec r o s s - r e g i o n n e t w o r k i n gd ct r a n s m i s s i o nl i n e ，i t sb i p o l a rc a p a c i t yw i l la c h i e v e4 0 0 0 m wd u r i n g o p e r a t i o n s oi t i sb e n e f i c i a l f o rt h em a i n t e n a n c et ob et a k e nu n d e r o p e r a t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fl i v ew o r k i n go n4 - 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n es h o u l db e p u ti n t oo p e r a t i o na l l - r o u n d ，i no r d e rt oa d a p tt ot h en e e do fs a f ea n dt h er e l i a b l e o p e r a t i o no ft h e + 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n e t h eo v e r - v o l t a g el e v e lo fl i v ew o r k i n go n + 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n ew a s d e t e r m i n e db yt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n s a f ed i s t a n c e sf o rl i v ew o r k i n g w e r es t u d i e di nv a r i e t yo fo p e r a t i n gc o n d i t i o n sb a s e do nt e s t i n g a c c o r d i n gt ot h e f l a s h - o v e rc h a r a c t e r i s t i co fd i f f e r e n ts a f e t yd i s t a n c e ，c o m b i n e dw i t hp h a s et og r o u n d o v e r - v o l t a g em u l t i p l i e r , t h em i n i m u ms a f ed i s t a n c ef o rl i v ew o r k i n go n + 6 6 0 k vd c t r a n s m i s s i o nl i n eb e l o wt h ea l t i t u d eo f2 0 0 0 mw a sc a l c u l a t e d t h eu n i t e dg a pt e s t sa r ec a r r i e do u tb a s e do nt h ew o r k e r so nt h ep o s i t i o no fe q u a l p o t e n t i a lp r o c e s so f + 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n e s b a s e do nt h ef l a s h o v e r c h a r a c t e r i s t i c ，c o m b i n e dw i t hp h a s et og r o u n do v e r - v o l t a g em u l t i p l i e rv o l t a g e ，t h e m i n i m u mu n i t e ds a f eg a pf o rl i v ew o r k i n go n4 - 6 6 0 k vd cs i n g l ec i r c u i tb e l o wt h e a l t i t u d eo f2 0 0 0 mw a sc a l c u l a t e d a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hr e s u l t sa n df i e l de x p e r i e n c e so fl i v ew o r k i n go ne h v a c d c ，t h el i v ew o r k i n gc o n t e n ta n dm e t h o d sw e r ed e s i g n e d i ti sg i v e nt h a tt h e p r o c e s sa n ds a f e t yp r e c a u t i o nf o rl i v ew o r k i n g ，s u c ha sr e p l a c i n gs i n g l ei n s u l a t o ri na s t r a i ni n s u l a t o rs t r i n g t h i st h e s i si sa b l et op r o v i d et h eb a s i sa n dt h et e c h n i c a ls u p p o r tf o rl i v ew o r k i n go n + 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n e k e yw o r d s ：4 - 6 6 0 k vd ct r a n s m i s s i o nl i n e ，l i v ew o r k i n g ，s a f ed i s t a n c e 山东大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 我国地域辽阔，经济发展和资源分布极不均衡。西北地区能源丰富，水电调 节性能优越，经济发展相对落后，用电水平低且增长缓慢，用电结构单一，造成 了西北电网水电资源利用率较低，调峰资源大量闲置的现象。华北地区经济发展 较快，用电需求较大，但华北电网资源结构单一，几乎是纯火电系统，系统调峰 手段有限，火电深度调峰经济性又差1 1 3 】【1 5 i t l 6 1 。高压直流输电可远距离、大容量传 输电能，适合大区电网非同步互联【2 6 1 ，具有线路造价低，功率损耗小，功率调节 迅速灵活，不存在系统稳定问题等优点，在国内外得到了广泛应用【1 】【2 7 。2 9 1 。因此， 作为相互毗邻、同处我国北部的两大电网，无论从资源优化配置、水火电互补运 行看，还是从西部大开发、西电东送的能源流向看，西北电网和华北电网采用高 压直流输电线路联网运行都是必要的。 宁东一山东_ _ + 6 6 0 k v 直流联网工程为水、火电打捆送电项目，将充分利用西 北地区闲置的水电容量和丰富的煤炭资源，提高西北电网的水电利用率，变输煤 为输电，降低煤炭运输损耗，同时为受端电网提供调峰电源，提高山东电网火电 机组运行的经济性和安全性，实现西北华北电网间的水火互补运行，从整体上降 低了一次能源的消耗。作为跨区联网直流输电线路，一旦投入运行，则很难停电 进行检修；若发生非计划停运，将造成巨大经济损失，并对电网的稳定运行构成 极大威胁。而带电作业作为输电线路带电测试、检修、改造的重要手段【2 4 1 ，将有 效保证输电线路不问断持续供电，对确保电网的安全、可靠、稳定运行具有十分 重要的意义【3 0 】。 因此，：1 ：6 6 0 k v 直流输电线路带电作业的研究应全面开展，以适应_ _ 6 6 0 k v 直流输电线路投运后安全可靠运行的需要。目前，+ 6 6 0 k v 直流输电线路带电作 业研究课题，已经作为国家电网公司和山东电力集团公司科技项目予以立项研 究。 山东大学硕七学位论文 第二章宁东一山东直流线路工程概况 2 1 工程简介 宁东一山东_ 6 6 0 k v 直流线路工程起于宁夏回族自治区灵武市境内的银川东 换流站，止于山东省青岛换流站。线路途径宁夏、陕西、山西、河北、山东五省 ( 详见附图1 ) ，在山东境内途径德州、济南、滨州、淄博、潍坊、青岛6 地市； 线路初设长度1 3 3 5 k m ，其中山东境内长度约4 1 2 k m ，含3 3 公里黄河大跨越( 详见 附图2 、3 ) 。 银j i i 东换流站位于宁夏回族自治区银川市东南约4 6 k m 灵武市临河镇，该站与 银川东7 5 0 k v 变电站合址分建。青岛换流站站址位于山东青岛胶州市和潍坊高密 市交界处，胶州市西略偏北约1 1 公里，4 - 6 6 0 k v 直流采用双极直流接线，每极 一个1 2 脉冲阀组，5 0 0 k v 交流采用一个半断路器接线。5 0 0 k v 交流配电装置采用 h g i s 设备。 2 2 工程主要参数 本工程系统主要设计技术参数如下s 系统标称电压：士6 6 0 k v 最高运行电压：士6 8 0 k v 极导线电流：3 0 3 0 a 最大负荷利用小时数：5 0 0 0 小时、5 5 0 0 小时 导线型号：几g 3 a 1 0 0 0 4 5 地线型号：l b g j 1 5 0 2 0 a c 、o p g w - 1 5 0 山东大学硕士学位论文 本工程主要技术条件： 表2 - 1 主要气象条件表 2 7 m s2 7 m s 3 0 m s3 l m s l o m m 轻冰区1 5 m m 轻冰区! o m m 轻冰区1 0 m m 轻冰区 气温 风速覆冰气温风速覆冰 气温 风速覆冰 气温风速覆冰 ( ) ( m s )( r a m )( )( m s )( m m )( )( m s )( r a m )( )( m s )( m m ) 最低气温 3 0 0 o3 0oo3 000 3 0 00 年平均气温 1 00o1 000l o001 0oo 最大风速 5 2 7 o52 70- 53 00- 53 lo 覆冰情况 51 01 05l o1 551 01 05l o1 5 最高气温 4 0oo4 0o04 0oo4 0o0 安装 1 51 00- 1 51 001 51 0o1 51 0o 大气过电压 1 51 0o1 5l o01 5l oo1 51 00 操作过电压 51 5051 5051 5051 50 雷暴日数 4 0 ( 天) 冰的比重 o 9 ( g c m 3 ) 表2 - 2 设计区段划分表 预初设长度 标段起迄点设计单位 ( k m ) i 银川东换流站宁陕省界 1 0 6 1 宁夏院 i i宁陕省界沙渠大队1 0 9 0东北院 沙渠大队黄河东岸 1 9 9 5西北院 晋陕省界东城村 1 6 1 2山西院 v 东城村晋冀省界1 4 5 8华北院 4 山东大学硕十学位论文 晋冀省界冀鲁省界2 0 2 6河北院 冀鲁省界三吕埠 2 0 2 5 山东院 三吕埠青岛换流站 2 1 2 中南院 大跨越黄河大跨越 3 3 山东院 合计 银川东换流站青岛换流站 1 3 3 8 5 表2 - 3 地形划分表 分段ii ii v 全线 长度比例 地形 长度( k i n ) k m 高山大岭 4 5 1 3 3 6 1 99 7 7 7 3 一般山地61 8 2 14 8 81 0 2 42 53 6 4 32 7 2 一般 线路 丘陵 6 2 13 41 2 61 6 11 31 71 4 3 11 0 7 平地2 27 5 4 8 5 1 28 51 4 1 61 9 9 2 2 1 2 7 1 4 35 3 4 沙漠 1 61 61 2 大跨越 3 33 3o 2 表2 - 4 海拔划分 海拔划分 分段 ii iv 全线 海拔长度( 1 锄) 长度k m比例 1 0 0 0 以下5 8 31 5 61 9 9 61 9 9 22 1 26 8 4 75 1 1 5 一般 线路 1 0 0 0 - - 1 5 0 09 3 88 61 5 7 56 9 31 0 5 835 1 5 43 8 5 0 1 5 0 0 - , 1 8 0 01 2 32 34 23 3 62 4 41 3 5 31 0 1 l 大跨越1 0 0 0 以下 3 33 3 0 2 5 5 山东大学硕士学位论文 表2 5 冰区划分 分段ii ii i iv全线 冰区长度( k m )长度k m比例 一般 1 0 m m1 0 6 1 1 0 91 8 81 4 6 51 2 8 62 0 2 6 1 9 9 21 0 31 1 8 3 8 8 3 7 线路 1 5 m m 1 1 5 1 4 7 1 7 2 1 0 91 5 2 4 1 1 3 8 大跨越 1 5 m m3 33 3o 2 5 表2 - 6 风区划分 分段ii ii v 全线 风速 长度( k m )长度k m比例 2 7 m s1 0 6 16 41 5 6 58 6 21 0 8 41 8 3 61 9 9 22 1 2l l1 68 3 3 6 一般 线路 3 0 m s4 37 53 7 41 91 7 4 41 3 0 3 3 2 m s4 54 53 3 6 大跨越 3 l m s3 33 30 2 5 表2 7 不同海拔高度合成绝缘子绝缘配置表 污区轻污区 中污区重污区 海拔( m ) ( 0 0 5 m g c m 2 ) ( 0 0 8 m g c m 2 )( 0 1 5 m gc m 2 ) 合成绝缘子串长度( m y 爬l f l 三( m ) 1 0 0 0 m 8 5 3 3 4 8 5 3 3 4 9 2 3 8 4 1 5 0 0 m8 5 3 3 48 5 3 3 4 9 2 3 8 4 2 0 0 0 m8 5 3 3 48 5 3 3 49 2 3 8 4 表2 8 不同海拔高度耐张绝缘子推荐配置表 污区轻污区中污区重污区 海拔( m ) ( o 0 5 m g e m 2 )( 0 0 8 r a g c m 2 )( o 1 5 m g c m 2 ) c a 7 8 5 e x 片数c a 7 8 5 e x 片数c a 7 8 5 e x 片数 6 山东大学硕十学位论文 1 0 0 0 m5 0 6 07 2 1 5 0 0 m5 26 l 7 5 1 5 0 0 m 以上 5 36 3 7 6 表2 - 7 塔头空气间隙表( m ) 项目 工作电压操作电压 1 0 0 0 m 海拔以下 1 94 1 1 5 0 0 m 海拔 2 o4 3 1 5 0 0 m 以上海拔 2 14 6 注：操作过电压倍数全线取1 7 1 p u ( 最高电压6 8 0 k v ) 。 2 3 工程主要规划塔型图 上 斧辩峄1 ，：i 一强一l i m 9 皂 州 寸龟 芦硭 审也 謦礴 一 广气 上 ，；：= 龟：臻：毒o j 嚣 h p 哇 步 p 萝飞 匐，强 寂，趣 鳕 。上 j l ：渤竣恕i 。 ；： 嚣 笋，- 马 萄t 语 对- 逸 一尹蔫 图2 - i工程主要规划塔型图 7 v 型绝缘子串空气间隙取4 6 m ，计算出的弧道电阻为0 9 7 q ；杆塔及其接地 电阻取l o q ；则计算中取单极接地故障的过渡电阻l l f l 。运行电压取6 8 0 k v ， 电流3 0 3 0 k a 。 3 1 1 双极运行线路接地时健全极产生过电压分析 系统在双极运行方式下，由于雷击、污秽等原因，线路可能发生闪络。当一 极发生接地故障时，会在另一极上感应产生操作波性质的过电压。过电压的大小 及沿线分布与线路端部阻抗，即直流滤波器和平波电抗器的参数及布置、故障位 置、杆塔接地电阻、弧道电阻、线路参数、直流运行电压、电流和调节器的动态 特性等多种因素有关3 2 】【3 7 1 。 8 直流输电线路一般双极运行情况下，单极原理图如图3 1 所示，为了便于计 山东大学硕十学位论文 算分析，这里以典型单极金属回路运行方式( 与大地回路运行方式相比，由于金 属回路阻抗较小，中性母线发生操作过电压情况较严重) 为例给出整个输电线路 的等值图，如图3 2 所示。 童锻砖 l 簟 、 州卜一1 卜t 霉 扣卜a 扣 ， ，电謇变压一 州m h _ 卜 虱 i i 图3 - 1线路双极运行情况下单极原理图 图3 2线路单极金属回路等效电路图 图3 2 中： e - 一直流电压的等效恒压源； d 一模拟换流站( 整流站和逆变站) 单向导电的二极管； r l ，c l 一换流站内的等效阻抗； l 一平波电抗器 c 厂冲击吸收电容器 f 一直流滤波器 r ，l ，c 一直流线路单位长度的电阻，电感和电容： 9 1 ( 1 ，尸) = 0 将上面两个边界条件代入( 3 1 ) ，( 3 2 ) 求解a ，b ，并令 歹l = f 一波从线路一端到另一端的传输时间， 瓦p l i - 乏z = y 一波在首端的反射系数 令e = i ，可得： ( 3 3 ) ( 3 - 4 ) 将( 3 3 ) ，( 3 - 4 ) 代入式子( 3 2 ) 并令x = 0 ，可得线路首端电流的运算表 1 0 专专 一z z z 一 z 一 一尸 ，一尸 山东大学硕士学位论文 邶，p ) = 一三州卅= 三万1 而z = 三7 1 而z ( | - - e - 2 t p ) ( 一声2 1 = i i 1 了丽z 【1 + ( y - i ) e - 2 自e + r ( r 一1 ) p 一4 卞+ j ( 3 5 ) 式( 3 5 ) 的原函数经计算为： ，c 。，。= 刍 c 一p _ z c t ，“。，一2 “一：， 一c ，+ 三( t - 2 r ) ) e - z ( - 2 f ) + ) 扪勘机也：i i ：i 二茎三 ( 3 6 ) 分析式( 3 6 ) 可知，电流f ( 0 ，t ) 毛e t 2 f 后，将会不断下降，设在t = f l 瞬间i ( 0 ，f ) = 0 ， 则f f 。时，f ( 0 ，) 将会出现负值。在图3 - 2 的开关实际上是二极管，所以在f ，i 时， 开关便断开。 为了得到线路电压表达式，将式( 3 3 ) 、( 3 - 4 ) 代入式( 3 1 ) 得： 咐吼x 矿p + & y r p = 7 1 而z p 南_ x e 寿) ： ( 3 7 ) 计算出接地故障发生在线路中点时，对应的健全极上感应过电压最高，接地 电阻取5q ，为1 7 5 p u ( 1 p u = 6 8 0 k v ) ，距中点1 0 k m 范围内的过电压大于1 6 3 p u ( 1 p u - - 6 8 0 k v ) 。沿线各点接地在线路健全极产生的过电压的分布见图3 - 3 。各健 全极沿线过电压的包络线见图3 - 3 中的m a x 曲线。根据各点的过电压数据可求 出各点2 的过电压。中点约为1 7 4 p u 。l o k m 范围外约为1 6 2 p u 。 图3 - 3 双回运行，宁青段线路单极沿线路各点接地故障，健全极产生的过电压沿线分布 对采用不同杆塔和导线型式的线路过电压水平进行了研究。采用6 6 3 0 删n 2 导线时，线路中点最高过电压水平1 6 9 p u ( 1 p - u - - 6 8 0 k v ，接地通道电阻1 0 q ) ； 采用4 1 0 0 0i t l l n 2 导线时，线路中点最高过电压水平1 7 1 p u ( 1 p u = 6 8 0 k v ，接 地通道电阻1 0q ) ，可见，不同导线型式其过电压水平是不同的。 研究结果表明，直流线路中点故障引起的过电压幅值最高，但是线路中点故 障时沿线路电压衰减很快，单极导线线路中点对地故障在距线故障点两侧8 6 k m 处，过电压已衰减到1 5 p u 以下；在沿直流线路不同地点的故障中，采用6 x 6 3 0 m m 2 导线时在距离故障点2 5 k m 处为过电压为1 6 5 p u ，采用4 1 0 0 0m m 2 导线时 在距离故障点2 5 k m 处过电压为1 6 7 p u 左右，越靠近两端换流站的位置发生线路 对地故障，引起的线路过电压水平越低。 研究表明塔头尺寸的小幅度变化对直流线路过电压水平影响较小。每站极直 流滤波器主电容减少，过电压水平明显降低：接地通道电阻减小，过电压水平增 加( 见表3 1 ) 。 1 2 山东大学硕士学位论文 表3 1 采用4 x l o o o m m 2 导线直流线路最高过电压水平( p u ) 故障通道电阻每站极 最高过电压离中点2 5 1 【r n 序号 ( q ) 直流滤波器配置水平 过电压水平 l1 0双滤波器( 2 u f )1 7 1 1 6 7 25 双滤波器( 2 u f ) 1 7 41 6 9 3 1 0 单滤波器( 1 u f ) 1 5 31 5 0 45 单滤波器( 1 u f ) 1 5 51 5 2 线路中点接地故障中由故障极滤波器放电电流感应出的健全极最高过电压 的波前波尾时间为2 0 0 3 0 0 1 a s ，即为短尾波，波形见图3 4 。其他点接地的波前时 间约为8 0 - - 一2 0 0 1 a s ，波尾时间为3 0 0 - 4 0 0 1 a s 。而计算其感应过电压部分的波前时 间约为4 0 0 0 7 0 0 0 p s p s 。由操作波5 0 放电电压与波前时间关系的u 形曲线推 测空气间隙在该波形下的5 0 放电电压高于临界操作波( 2 5 0 2 5 0 0 p s ) 放电电压， 而采用4 0 0 0 5 0 0 0 u s 的长波头的放电电压也高于临界操作波放电电压。考虑到 多个杆塔并联间隙降低了空气间隙的5 0 放电电压的影响，因此用标准操作波 ( 2 5 0 2 5 0 0 p s ) 放电电压曲线确定杆塔的空气间隙距离是合适的。 图3 - 4 双回运行，宁青段线路负极性导线接地，正极性极线产生的过电压波形 滤波器电容减小一半，接地过渡电阻取5q ，接地故障发生在线路中点时，计 算出对应的健全极感应过电压最高为1 6 9 p u ，2 过电压可取1 6 8 p u 。l o k m 山东大学硕士学位论文 范围外接地故障在健全极产生的最大过电压为1 6 8 p u 。2 过电压可取1 6 7 p u 。 直流滤波器电容与健全极最大过电压关系见表3 2 。可见直流滤波器电容量越小， 中点健全极过电压越低，但l o k m 范围外健全极过电压反而升高。 接地过渡电阻越小，过电压越高。原因是健全极的静电分量随接地过渡电阻 减小而增大。健全极的静电分量越大，叠加在其上的由故障极滤波器放电电流产 生的感应过电压也就越高。 在平波电抗器总电抗值一定的情况下，平波电抗器分置在极线和中性母线方 案对直流线路单极接地在健全极感应出的过电压无明显的影响。 表3 2 滤波电容和接地电阻与最大过电压关系( 1 p u = 6 8 0 k v ) 直流滤波器电容( 1 af ) 2l1 线路接地点 接地电阻( q ) 55l l 、 线路中点接地 健全极过电压( p u ) 1 7 51 6 91 6 7 线路l o k m 外接地 健全极最大过电压( p u ) 1 6 3l - 6 81 6 6 3 2 小结 直流单极线路接地在另一极线路上感应产生短尾操作波性质的过电压大小 及沿线分布与直流滤波器电容量、故障位置、杆塔接地电阻相关。偏保守考虑， 推荐离线路中点+ 2 5 k m 范围操作波过电压以1 7 5 p u ( 1 p u = 6 8 0 k v ) ，_ 2 5 k m 范 围外以1 6 9 p u 选择杆塔空气间隙。 1 4 山东大学硕士学位论文 第四章带电作业安全距离的试验研究 带电作业安全距离是指为了保证人身安全，作业人员与不同带电体之间所应 保持各种最小空气间隙距离的总称，包括地电位作业人员与带电体之间的距离和 等电位作业人员与接地体之间的距离。最小电气间隙是指在系统出现最大操作电 压时其放电概率小于某一规定值的间隙距离，其确定受到多种因素的影响，主要 包括过电压幅值、波形、极性、间隙形状、海拔高度等【3 1 。 4 1 试验条件【删 4 1 1 试验塔型 4 - 6 6 0 k v 直流同塔单回输电线路直线塔典型塔型尺寸结构如图4 1 所示，试 验中据此加工模拟塔和进行试品布置。 图4 - 1士6 6 0 k v 线路单回塔型图 1 5 山东大学硕士学位论文 4 1 2 试验设备4 7 4 8 】 试验是在特高压户外试验场进行的。试验设备有：5 4 0 0 k v 、5 2 7 k j 冲击电压 发生器；5 4 0 0 k v 低阻尼串联阻容分压器；“m 型峰值电压表；t e kt d s 3 4 0 示波 器。经校正，整个测量系统的总不确定度小于3 。试验中采用波前时间为2 5 0 i _ t s 的正极性操作冲击波进行放电试验。试区布置见图4 2 ： f o 】几 二 盐 图4 2 试区布置图 试验中采用高强度角钢按设计塔型以1 ：1 比例制作模拟塔头，分裂模拟导 线长1 0 m ，分裂半径4 5 0 m m ，子导线半径1 6 8 m m ，两端装有均压环，以改善端 部电场分布。试验用模拟人由铝合金制成，与实际人体的形态及结构一致，四肢 可自由弯曲，以便调整其各种姿态。模拟人站姿高1 s m ，身宽o 5 m t 2 5 1 。试区照 片如图4 3 。 1 6 图4 3 试区照片 山东大学硕十学位论文 4 1 3 带电作业间隙操作冲击放电特性 i e c 6 0 0 71 2 - 19 9 6 ( ( i n s u l a t i o nc o o r d i n a t i o np a r t2a p p l i c a t i o ng u i d e ) ) 推荐的空 气间隙缓波前过电压绝缘特性经验式如下： u 5 0 = k u 5 0 r p ( 4 1 ) ( 4 2 ) 式中：以d 为间隙的操作冲击5 0 放电电压：d 为空气间隙距离；k 为间隙系 数；u 5 d r p 为相应电压波形及间隙距离下棒一板间隙操作冲击5 0 放电电压。 研究中，可根据各带电作业间隙结构的操作冲击放电试验数据，计算求取其 间隙系数k ，得出该带电作业间隙结构的操作冲击放电电压计算式及拟合曲线。 4 1 4 带电作业绝缘配合8 1 在交流输电线路中，受到系统相位角的影响，线路每次产生的操作过电压幅 值为随机变量，服从统计分布规律【1 1 】；同时，作业间隙的放电电压也服从统计分 布规律。因此，对于交流线路带电作业的绝缘配合方法，公认的方法是根据操作 过电压与作业间隙放电电压的统计分布规律【1 7 】，将作业间隙受到一次操作过电压 作用时发生的概率限制到可以接受到的微小程度( 1 0 5 ) 。 由于直流输电线路操作过电压不受系统相位角的影响【1 9 1 ，线路每次产生的过 电压幅值为一固定值。线路最大过电压为线路中点一极发生接地故障，在健全极 上产生的过电压。因此，从严考虑，根据直流线路最大操作过电压，采用惯用法 进行直流线路带电作业绝缘配合【5 0 1 。 在我国现在普遍采用比试验得到的协d 低3 o l f l l 勺电压值作为带电作业间隙的 耐受电压，以哳表示。 u = u 5 0 ( 1 3 盯) ( 4 3 ) 1 7 山东大学硕士学位论文 式中：哳为带电作业间隙的耐受电压；协d 为在试验中得到的带电作业间隙 5 0 放电电压；盯为带电作业间隙5 0 放电电压的标准偏差，一般偏严考虑，取 6 。 _ 因此，当作业间隙的耐受电压不小于直流线路的最大操作过电压，即可保证 带电作业间隙不会发生击穿，保证作业人员的安全。即 u u 一 式中：巩为带电作业间隙的耐受电压； ( 4 4 ) 乩蛾为直流线路最大操作过电压，为线路中点一极发生接地故障，在 健全极上产生的过电压。 4 1 5 气象及海拔高度修正 本报告中列出的所有试验数据，均已按g b l 6 9 2 7 1 1 9 9 7 修正为标准气象条 件下的数据。 在确定带电作业最小安全距离和最小组合间隙时，需考虑海拔高度的影响。 海拔校正系数采用i e c 6 0 0 7 1 2 1 9 9 6 推荐公式【2 0 】： ( 4 5 ) 上式中，日为海拔高度( 肌) ：m 为与间隙结构形式及电压幅值相关的系数， m 的取值可以从图4 4 查出。 1 8 l l i 东大学硕士学位论文 、 i 、 八 、 、 、 、。 、 、 i 。 、。 、 、 、 、l 、 、 、l 、 、 。 、 1 咖w2 嘲w _ - - _ - _ l l 专 u m a ) 相对地绝缘；b ) 纵绝缘；c ) 相间绝缘；d ) 棒板间隙( 标准间隙) 图4 - 4 海拔校正公式中m 的取值曲线 为满足工程实际需求，分别计算了海拔o m 、5 0 0 m 、1 0 0 0 m 、1 5 0 0 m 、2 0 0 0 m 处的带电作业最小安全距离及最小组合间隙。 4 2 带电作业安全距离试验 带电作业安全距离试验是针对线路带电作业中可能出现工况下的间隙距离 进行操作冲击放电试验，以检验各工作位置的间隙距离是否能够满足带电作业安 全性的规定。 在_ + 6 6 0 k v 单回直流输电线路带电作业中，可能会涉及的带电作业安全距离 包括：等电位作业人员对其上方横担、等电位作业人员对侧面塔身构架和导线对 侧面塔身地电位作业人员【3 6 1 。 4 2 1 等电位人员对其上方横担安全距离试验 等电位人员对其上方横担安全距离试验布置见图4 5 所示，试验模拟人穿戴 整套屏蔽服，采用站立姿势骑跨在模拟极导线上，模拟人用金属线与极导线连接， 1 9 山东大学硕士学位论文 使其与极导线保持等电位，试验中保证模拟人头顶超出极导线处均压环上沿，试 验中调节模拟人头顶与上方横担下沿的间隙距离，分别选取距离为3 2 m 、3 6 m 、 4 o m 、4 4 m 和4 8 m 五个试验点进行操作冲击试验，试验现场见图4 6 。试验结果 - 见表4 1 ，并根据试验结果得到该工况安全距离放电特性曲线，见图4 7 。 图4 5 等电位人员对其上方横担安全距离试验布置示意图 图4 _ 6 等电位人员对其上方横担安全距离试验现场 山东大学硕士学位论文 表4 - 1 等电位人员对其上方横担安全距离试验结果 间隙距离d ( m )操作冲击5 0 放电电压u s o ( k v ) 变异系数z ( ) 3 21 1 7 43 9 3 61 2 7 65 2 4 01 3 4 74 7 4 41 4 7 23 3 4 81 5 3 64 6 图4 7 等电位人员对其上方横担安全距离操作冲击放电特性曲线 根据试验数据计算得出间隙系数k 为1 1 7 1 2 0 ，考虑安全裕度，取k 为1 1 7 。 由此，得到在此位置作业时操作冲击5 0 放电电压与间隙距离的关系为： u 5 0 = 5 8 5 d o 6 式中：协d 为操作冲击5 0 放电电压，k v ： d 为放电间隙距离，m 。 ( 4 6 ) 2 1 山东大学硕士学位论文 4 2 2 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验5 1 】 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验布置见图4 8 所示，试验模拟人 穿戴整套屏蔽服，采用坐姿位于塔身靠近极导线侧，模拟人背对塔身面向极导线， 并与极导线基本保持水平，用金属线将模拟人与侧面塔身连接，使其保持地电位。 试验中调节模拟人膝盖与极导线内侧均压环边沿的间隙距离，分别选取距离为 3 2 m 、3 6 m 、4 o m 、4 4 m 和4 8 m 五个试验点进行操作冲击试验，试验现场见图 4 - 9 。试验结果见表4 2 ，并根据试验结果得到该工况安全距离放电特性曲线，见 图4 1 0 。 图4 8 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验布置示意图 l i j 东大学硕士学位论文 图4 - 9 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验现场 表4 2 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离试验结果 间隙距离d ( m ) 操作冲击5 0 放电电压u j o ( k v )变异系数z ( ) 3 21 3 4 74 8 3 6 1 4 5 8 4 2 4 01 5 6 55 1 4 41 6 3 33 9 4 81 7 6 04 6 山东大学硕士学位论文 图4 1 0 极导线对侧面塔身地电位人员安全距离操作冲击放电特性曲线 根据试验数据计算得出间隙系数k 为1 3 4 1 3 7 ，考虑安全裕度，取k 为1 3 4 。 由此，得到在此位置作业时操作冲击5 0 放电电压与间隙距离的关系为： u 5 0 = 6 7 0 d o 6 式中：u s o 为操作冲击5 0 放电电压，k v ： d 为放电间隙距离， 4 2 3 等电位人员对侧面塔身构架安全距离试验 ( 4 7 ) 等电位人员对侧面塔身安全距离试验布置见图4 1 1 所示，试验模拟人穿戴整 套屏蔽服，面向极导线，用金属线与极导线连接，使其与极导线保持等电位，并 使模拟人的部分身体较之极导线内侧均压环更近于侧面塔身，避免试验时出现均 压环对侧面塔身放电。试验中调节模拟人与侧面塔身的间隙距离，分别选取距离 为3 2 m 、3 6 m 、4 0 m 、4 4 m 和4 8 m 五个试验点进行操作冲击试验，试验现场见 图4 1 2 。试验结果见表4 3 ，并根据试验结果得到该工况安全距离放电特性曲线， 见图4 1 3 。 山东大学硕士学位论文 图4 一1 1 等电位人员对侧面塔身安全距离试验布置示意图 图4 1 2 等电位人员对侧面塔身安全距离试验现场 山东大学硕士学位论文 表4 3 等电位人员对侧面塔身安全距离试验结果 间隙距离d ( m ) 操作冲击5 0 放电电压u 5 d