35kV线路带电作业安全距离计算与放电特性分析.pdf

第 2 9 卷第 2期 2 0 1 4年 6月 电 力 科 学 与 技 术 学 报 J 0URNAL OF E1 ECTRI C POW ER S CI ENCE AND TECHNOL OGY V0 L 2 9 NO 2 3 5 k V线路带电作业安全距离计算与放电特性分析 许 箴 ， 秦 勇 明 ， 唐 盼 ， 吴 田 ( 1 江苏省电力公司 常卅l 供 电公 司， 江苏 常州 2 1 3 0 0 3 ；2 中国 电力科学研究院 ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 4 ) 摘 要 ： 研究 3 5 k V线路带 电作业安全距离和放 电特性。基于安全距离的定义， 比较国内传统方法和 I E E E S T D 5 1 6方法 ， 搭建试验平 台， 研究 小间隙的棒 一板操作 冲击放 电特 性 ， 并 结合试 验结果计 算得 到带 电作 业 的危 险 率 。计算 和试验结 果表明 ： 3 5 k V带 电作 业安 全距离 的计 算中无 需考虑 雷 电过 电压 ， 利用传 统方法 得到电 气距离 0 3 m 满足带 电作业安全性 的要求 。采用绝缘杆法时 ， 人机操纵距 离 D 一3 0 c m， 安全距离 D 一6 0 c m； 采用绝缘手 套法时 ， 作业人员允许偶然接触不同电位部件上的遮蔽用具 ， 人机操纵距离 D 一 0 c m， 安全距离 D 一 3 0 C 1T I 。 关 键 词 ： 3 5 k V线路； 带电作业 ； 安全距离； 棒一板间隙 中图分 类号 ： T M8 4 文献标 识 码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 3 9 1 4 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 7 1 0 5 Dis c ha r g e c ha r a c t e r is t ic s a na l y s is a nd m in im u m a p pr o a c h d is t a nc e c a l c u l a t io n f o r l iv e wo r king o n 35 k V l in e XU Z h e n ，QI N Yo n g min g ，TANG P a n ，W U Tia n ( 1 J ia n g s u Cha n g z h o u P o we r S u p p l y Co mp a nyCha n g z h o u 2 1 3 0 03 ，Ch in a ； 2 Ch in a El e c t r ic P o we r Re s e a r c h I ns t it u t e ，W u ha n 4 3 0 0 7 4，Ch in a ) Abs t r a c t ： M AD ( minim u m a p pr o a c h d is t a nc e s )a n d d is c ha r g e c h a r a c t e r is t ic s f o r 35 k V p o we r ne t wor k wa s s t ud ie d in t h is p a p e r Ba s e d o n t h e pr i nc i pl e o f M AD ，t he do m e s t ic t r a d it i on a l m e t ho ds a nd I EEE S t d 5 1 6 we r e c om p a r e d A t e s t pl a t f or m wa s s e t u p t o s t ud y s wit c h im p ul s e f l a s h o ve r c h ar a c t e r is t ic s，a nd a d di t io na l l y t he r is k of l iv e wo r k ing wa s c a l c u l a t e d The c a l c u l a t io n a nd t e s t ing r e s ul t s s h ow t ha t t h e l ig ht ni ng o v e r v ol t a ge i s un ne c e s s a r y f o r t he c a l c ul a t ion o f 3 5 kV M AD A n d t he e l e c t r ic di s t a nc e of 0 3 m me e t s t he r e q ui r e me n t s o f l iv e wo r king W h e n in s ul a t in g s t ic k m e t h o d i s us e d，t he D E is s e t t o be 3 0 c m a nd D A is s e t t o be 6 0 c m Fo r ins ul a t in g g l ov e s m e t h od，wo r ke r s a r e a l l o we d t o o c c a s io na l l y t o uc h c o v e r e qu ipm e nt in d if f e r e nt p ot e nt ia l p a r t s in t his c as e D E is s e t t o be 0 c m a nd D A iS s e t t o be 3 0 c m Ke y wo r d s ： 3 5 kV p owe r l ine；l iv e wor ki ng；minimum a pp r oa c h dis t a nc e s；r o d p l a ne g a p 目前， 3 5 k V 配电线路带 电作业 的常用方 法为 绝缘手套法和绝缘杆作业法。在带电作业 中无论使 用何种作业方法 ， 为 了确保作业人员 的安全都必须 严格保证人体各部位 ， 包括手持导 电工具与不 同电 收稿 日期 ： 2 0 l 3 1 1 2 6 通 讯作者 ： 唐 ( 1 9 8 7 一) ， 男 ， 硕 士， 工程师 ， 主要从事 电力线路 检修技术 的研究 ； E m il ： t a n g p a n e p r i s g c c e o n l , c n 7 2 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2 0 1 4年 6月 位任何部件之间的最小空气间隙， 即最小安全距离， 这个距离为电气距离和人机操纵距离之和 1 。现行 电力安全工作规程 中规定 3 5 k V 线路带电作业 安全距离为 6 0 c m， 而国外 3 5 k V 带电作业安全距 离一般在 3 0 7 0 c m之间_ 2 。作业人员在使用绝 缘杆作业法时， 人体本身远离带电体 ， 6 0 c m 的安全 距离可以较为容易的保证 。但使用绝缘手套法作业 时， 作业人员使用双手进行作业 ， 身体 紧邻作业 区 域 ， 而 3 5 k V线路杆塔结构较紧密， 此时作业人员 如严格保证作为主绝缘的 6 0 c m 空气 间隙， 将会给 带电作业的开展带来不便 。因此 ， 笔者在总结经验 、 计算和试验的基础上， 对 比分析国内外 3 5 k V带电 作业安全距离及其计算方法 ， 给出不同条件下 的安 全距 离 ， 从而确 保 3 5 k V 带 电作业 的安全 开展 。 l 3 5 k V 安全距离计算与试验 1 1 安 全距 离的定 义 最小安全距离 ( D ) 是指作业人员身体的各部 位 ， 包括手持导电工具与不 同电位任何部件之间所 需保持的最小空气距离， 为电气距离和人机操纵距 离 之和 1 J ： DA Du+ DE 。 ( I ) 式 中D 为 电气 距离 ， 指 带 电作 业 时 ， 带 电部 分之 间和带 电部分 与接 地 部件 之 问 ， 发 生放 电概 率 很小 的空气间隙距离； D 为人机操纵距离 ， 这个空气距 离应考虑到作业过程 中无意识的移动和距离判断上 的误差 ， 取 2 0 1 0 0 c m。安全距离 的作用范围如图 1 所示 。 l禁 豳无 口安 图 1 带电作 业安全距 离示意 F i g u r e 1 Th e mi n i mu m a p p r o a c h d i s t a n c e s d e f in it io n in 1 iv e wo r k in g 1 2 安全距离的计算方法 目前 ， 国际上带 电作业安全距离 的计算方法 尚 没有 统一 标 准 ， 而 G B T 1 9 1 8 5和 I E C 6 1 4 7 2中 的 交流系统 的带 电作业安全距离计算方法 只适用 于 1 1 0 8 0 0 k V的电压等级范围L 6 ， 因此 ， 此次计算 未使用 G B T 1 9 1 8 5和 I E C 6 1 4 7 2中的方法。 3 5 k V 配 电线路 上 的相地 统计过 电压 ： U 一k e U 。 ( 2 ) 式中 U。为操作过 电压幅值， k V； U 为系统运行 最高 电压 ， k V； k 为过电压倍数 。 操作过电压的幅值取决于断路器的性能和线路 的电气参数等 ， 不同系统的过 电压值通过暂态 网络 分析仪( T NA) 或计算机计算求得。若无线路过 电 压的研究值 ， 按 电力设备过 电压保 护设 计计算规 程 规定 ， 取 4 ， 而 I E E E s t d 5 1 6中规 定 3 5 k V 线 路 的过 电压倍 数 为 3 3 5 k V 线 路 上 的统 计 相 地 过 电 压 己 ， 如表 1所示 。 表 1 3 5 k V 线路 相 地 统 计 过 电压 Ta b l e 1 St a t is t ic a l o v e r v o l t a g e of 3 5 k V po we r l ine 1 )中 国 3 5 k V 安 全距离 计算 。 中国国内的 3 5 k V线路带 电作业安 全距离是 采用惯用法 ， 根据带 电作业时可能 出现的最大过 电 压查棒一板间隙放电特性曲线计算得到。为了保证 安全 ， 国内配网带电作业安全距离计算时一般考虑 外部过电压的影响。 由 3 5 k V线路绝缘子 串的雷电冲击 5 O 放 电 电压 3 6 0 k V， 可以计算得到远方落雷传到带电作业 地点的雷电过电压为 2 7 8 k V， 再根据计算得到的操 作过 电压 和大气 过 电压 幅值 查 空气 间隙 的操作 波 和 雷电波正极性棒一板 间隙放 电曲线 ， 得到相应 的危 险距 离_ 9 。 2 )I E E E s t d 5 1 6中 3 5 k V安 全距 离计 算 。 在 I E E E s t d 5 1 6中给出了 5 7 2 5 k V 电压等 级的安全距离计算方法 1 ， 即电气距离 ： 5 6 + 2 7 5 ( 3 ) 一 。 。 ( ) D u 一 一 将统计过 电压 U。 代入式( 3 ) ， 计算得到 3 5 k V线路 的电气距离 。按照国内外常用的带电作业安全距离 7 4 电 力 科 学 与 技 术 学 报 2 0 1 4年 6月 分布函数 ， 即 P d ( u ) 一 f l_ 一 吉 ( ) d u 。 ( 5 ) 。 a d 2 7 c 式中U 。 为空气 间隙的操作 冲击 5 0 放电电压 a为空气间隙操作冲击放电电压标准偏差。 根据式( 4 ) 的数学模型编制计算程序 ， 即可计算 得到相应的带电作业危险率。带电作业危险率是评 估带 电作业的一种有效 的带 电作业绝缘配合方法 ， 能确保带 电作业过程 中绝缘间隙几乎不发生绝缘间 隙失效事故。根据表 3中的试验结果对 3 5 k V带电 作业危险率进行计算 ， 其中 I E E E s t d 5 1 6依据的放 电间隙类型为棒一棒间隙 1 ， 计算条件和结果如表 4所示 。 表 4 不 同间隙距 离下的带电作 业危 险率 Ta b l e 4 Ris k o f d if f e r e n t g a p s in l iv e wo r k in g 2 结果分析与讨论 2 1 3 5 k V线路 带 电作 业 电气距 离分析 目前 ， 中国国内的 电力安全工作规程 和其他 国家如美国 、 澳大利亚 1 、 日本( 安全距离来 自日 本 的劳动安全规则) 带电作业相关规范 中对 3 5 k V 线路带电作业安全距离的规定如表 5所示 ， 可以看 出 ， 虽 然 中国 的 3 5 k V 安 全距 离 与 国外 相 当， 但 实 际上其 6 O c m 的安全距离 中并未包含人机操纵距 离 ， 在实际作业中如果再加上人机操纵距离， 则会导 致 安全 距离 过大 ， 作业 开展不 便 。 表 5 各 国的 3 5 k V线路带 电作业安全距 离 Ta b l e 5 M ADs in 3 5 k V l in e wo r k in g f r o m c o u n t r y t o c o u n t r y 通过 对 比分 析 中 国和 I E E E的 3 5 k V安 全距 离 计算方法可知 ， 这种情况主要由 2 个原因引起 ： 1 )中国的 3 5 k V线路带 电作业安全距 离依据 雷 电过 电压得 到 ，而 I E E E方 法 中采用 内部 过 电压 计算得到， 雷电过电压幅值 比内部过 电压大， 这就造 成了中国的安全距 离较大。但实 际上 当作业 区域 1 0 k m 范 围 内 出 现 雷 电 时 ， 应 当 禁 止 进 行 带 电 作 业l_ 1 ， 因此 ， 在安全距离计算过程 中主要考虑内部过 电压 ， 而雷 电过 电压 不会 在带 电作业 过程 中出现 。 2 )过 电压 倍数 的选 取 。中 国 电力设 备 过 电压 保护设计计算规程 规定 ， 3 5 k V系统过电压倍数取 4 ， 而 I E E E s t d 5 1 6中取 3 ， 较 大的过 电压倍数使得 中国的安全距离裕度较大 。实际带电作业 中会通过 停用重合闸来限制过电压， 过电压倍数一般 较标准 值低 ， 但 由于 中国各地 3 5 k V线路情况较为复杂 ， 为保证安全 ， 其过电压倍数应当取 4 。 在使用 内部 过 电压 计算 的前 提下 ， 计 算得 到 3 5 k V 的电气距离如表 2所示 ， 其危险率如表 4所 示。在 3和 4倍过电压条件下， 中国惯用法计算 的 电气距离其危险率均小于 1 1 0 ， 且安全裕度高 于 I E E E 的方 法 ， 而 国 内现 有 规 定 的 6 o c m 的安 全 距离的危险率已经远低于 l O 的要求值 ， 安全裕度 过大。综合考虑 国内的实际情况 ， 3 5 k V 的电气距 离 Du应 当取 3 0 c m。 2 2 3 5 k V带 电作业 间隙放 电特 性 由试验 结果 ( 图 3 ， 表 4 ) 所 示 ， 棒 一板 间 隙在 操 作冲击 电压下的放电电压与间隙距离具有较好的线 性关 系 ， 垂 直 布置 时 ， 放 电 电压 梯度 为 5 2 k V c m， 水平布置时， 放电电压梯度为 4 7 k V c m。水平间 隙的放电电压明显低 于垂直间隙的放 电电压 ， 这是 由于邻近效应的影响， 导致水平布置时， 棒一板间隙 的 U 。 更低 。实际带电作业中， 间隙类型繁多 ， 为 了 保证安全， 应采用水平间隙下的 u 。 计算安全距离 。 2 3 3 5 k V人机 操纵 距离 对 于人 机操 纵 距 离 D ， 主 要 考 虑 因 移 动 和 判 断距离时产生的有限误差 ， 一般取 2 o 1 0 0 c m。在 使用绝缘杆作业时 ， 作业区域未进行绝缘遮蔽 ， 为避 免作业 人员意外 活动导致 安全 距离 不够 ， 可 以取 D E= 3 0 c m 。 而使用绝缘手套法时， 作业人员使用绝缘 承载 工具与大地保持规定 的安全距离， 穿戴绝缘防护用 具 ， 与周围物体保持绝缘隔离 ， 通过绝缘手套对带电 第 2 9卷第 2期 许箴 ， 等 ： 3 5 k V线 路带电作业安全距离计算与放电特性分析 7 5 体直接进行作业。此 时绝缘承 载工具为 相地主绝 缘 ， 空气间隙为人与其他不 同电位部件主绝缘 ， 绝缘 遮蔽 用具 、 绝 缘 防护用 具 为辅 助绝缘 ， 作 为 主绝 缘 的 绝缘 承 载工具 和 空气 间隙 都应 该满 足最 小安 全 距离 的要求 。作为辅助绝缘的绝缘用具可以承受系统的 最大运行 电压 。当作业人员的身体部位偶然接触到 不同电位的物体所覆盖 的绝缘遮蔽时 ， 系统 同时产 生最大 过 电 压 的 概 率 很 低 ， 绝 缘 遮 蔽 不 会 被 击 穿L 】 ， 因此 ， 作业人员允 许偶然接触不 同电位 部件 上的遮蔽用具 ， 此时人体 的无 意识活动范 围可 以忽 略， 故使用手套作业法时， 可以取 D 一0 C l T I 。 3 结语 1 )3 5 k V线路带电作业 中， 绝缘承载工具为相 地主绝缘 ， 空气间隙为人与其他不 同电位 部件主绝 缘 ， 绝缘遮蔽为辅助绝缘 。作为主绝缘 的空气 间隙 应当在无绝缘遮蔽 的情况 下仍能保证 作业人员 的 安全 。 2 )3 5 k V带 电作业安全距离 的计 算 中无需考 虑雷电过 电压 ， 利用惯用法得到 电气距离 3 0 c m 满 足带 电作 业 安全 性 的要求 。 3 )3 5 k V带 电作业采用绝缘杆法时 ， 取 D 一 3 0 C l T I ， 安全距离 D 一6 0 c m。采用绝缘手套法时 ， 作为辅助绝缘的绝缘用具可以承受系统的最大运行 电压 。作业人员允许偶然擦碰不同电位部件上的遮 蔽用 具 ， 因此 ， 取 DE 一0 C l T I ， 安 全距 离 DA一3 0 c m。 参 考 文献 ： 1 6B T 2 9 0 0 5 5 2 0 0 2 电工术语 带电作业 s 2 GB T 1 8 8 5 7 2 0 0 8 配 电线路 带电作业技术导则 s 3 1 9 1 0 2 6 9 Oc c u p a t i o n a l s a f e t y a n d h e a l t h s t a n d a r d s e 1- 4 3 l e c t r ic po we r ge n e r a t ion，t r an s mis s io n， a nd d is t r ibut ion E s AS 58 50 42 2 01 0 Aus t r a l ian s t a nd ar d h igh - vo l t a g e l i v e wo r k i n g S 5 B e l k h ir S ， Mo u l a i H， S o u k e u r F S a f e d i s t a n c e a p p r o a c h d ime n s i o n i n g - a p p l ic a t i o n t o h i g h v o l t a g e l iv e w o r k s C 5 t h I ET I n t e r n at io na l Con f e r e n c e o n Sy s t e m Sa f e t y 2 O1 0， M a nc he s t e r， UK ， 2 01 0 6 Ge l a G， Ho t t e P W ， C h a r e s t MI E C me t h o d o f c a l c u l a t io n o f min im u m a p p r o a c h d is t a n c e s f o r l iv e wo r k in g J I E E E T r a n s a t i o n s P o w e r D e l iv e r y ， 1 9 9 8 ， 1 5 ( 2 ) ： 6 3 5 6 40 7 GB T 1 9 1 8 5 2 0 0 3 交流 线路 带 电作业 安全 距离 计算 方法 s 8 1 I E C 6 1 4 7 2 2 0 0 4 L i v e w o r k i n g mi n i mu m a p p r o a c h d i s t an c e s f o r a c s ys t e ms in t he v ol t a ge r a n ge 7 2 5 kV t o 8 0 0 k V a me t h o d o f c a l c u l a t i o n S 9 1柏克寒 带 电作业 M 北京 ： 水 利水 电出版社 ， 1 9 8 5 1 O I E E E s t d 5 1 6 2 0 0 9 I E E E g u i d e f o r ma i n t e n a n c e me t h o d s o n e n e r g i z e d p o w e r l in e s E S 1 1 刘 强 ， 周 平 ， 朱 松雪 ， 等 2 2 0 k V变 电站 带 电作业 的安 全