交流特高压输电线路带电作业安全防护用具与措施

中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 交流特高压输电线路带电作业安全防护用具 与措施 邵瑰玮 胡毅 王力农 刘凯 刘庭 胡建勋 国网武汉高压研究院 摘要 进行了交流特高压输电线路带电作业安全防护用具与措施的研究 主要的研究内容包括 研制了交 流特高压 1000kV 带电作业屏蔽服 并按照标准对屏蔽服的衣料和成品性能进行了测试 测试表明研制的屏蔽 服满足带电作业安全防护要求 进行了登塔过程中人体不同部位电场强度和等电位时人体不同部位电场强度 及流经人体电流的测量 进行了进入等电位拉弧试验和脉冲电流测量 并基于测量结果制订了带电作业时作 业人员应穿戴全套屏蔽服 进出等电位时应使用电位转移棒等安全防护措施 关键词 交流特高压输电线路 带电作业 安全防护 屏蔽服 1 引言 经过 20 多年的研究和实践 目前 500kV 输电线路带电作业人员的安全防护已趋于完 善 1 7 对 750kV 输电线路带电作业人员的 安全防护也进行过研究 8 9 但对 1000kV 特 高压输电线路带电作业的安全防护还未进行 研究 由于 1000kV 在我国是一个新的电压 等级 电压更高 空间场强更强 作业人员 的体表场强也会相应增高 为确保带电作业 人员的安全和运行维护的顺利开展 进行相 应的安全防护研究十分必要 2 1000kV 带电作业安全防护用具 1000kV 输电线路带电作业主要人体安 全防护用具是屏蔽服 屏蔽服是用均匀分布 的导电材料和纤维材料等制成的服装 具有 屏蔽电场 旁路电流和代替电位转移线的功 能 由上衣 裤子 帽子 手套 短袜 鞋 子及相应的连接线和连接头组成 1000kV 带电作业用屏蔽服与 500kV 及 750kV 带电作业用屏蔽服 10 11 的原理是相同 的 主要是屏蔽高压电场及电磁波对人体的 影响 使处于高压电场中的人体表面各部位 形成一个等电位屏蔽面 区别在于 1000kV 带电作业用屏蔽服使用的电压等级更高 电 场强度更强 根据以往的试验结果 9 带电 作业人员身穿屏蔽服进行500kV线路等电位 作业时 屏蔽服表面最大电场强度约为 1000kV m 进行 750kV 线路等电位作业时 屏蔽服表面最大电场强度约为 1330kV m 1000kV 线路等电位作业时 屏蔽服表面最大 电场强度将更高 屏蔽效率是带电作业屏蔽服的一个重要 技 术 指 标 GB6568 1 2000 12 和IEC 60895 2003 13 标准规定 衣料的屏蔽效率必 须大于 40dB 屏蔽效率为 40dB 的意义是 屏蔽服衣内人体表面的电场强度为衣外电场 强度的1 100 显然进行1000kV带电作业时 屏蔽效率为 40dB 的屏蔽服不一定能满足标 准规定的衣内体表场强 不大于 15 kV m 的 要求 因此 为了安全起见 选用衣料屏蔽 效率大于 60dB 的布料制作 1000kV 带电作 业用人体安全防护屏蔽服 为了避免组装式的多点连接 屏蔽服采 用帽子 上衣和裤子连成一体的式样 为了 减小裸露面积 降低面部场强 在面部还加 装了屏蔽效率为20dB的金属网状屏蔽面罩 1000kV 带电作业用屏蔽服装的其他技术参 数仍参照 GB6568 1 2000 和 IEC60895 2003 的规定 模拟人穿戴 1000kV 全套屏蔽服的 照片见图 1 中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 图图 1 模拟人穿全套模拟人穿全套 1000kV 屏蔽服照片屏蔽服照片 3 1000kV 带电作业用屏蔽服试验 为了研究所研制的屏蔽服能否满足 1000kV 交流特高压线路带电作业人员安全 防护的需要 参照相关标 12 15 准进行了相关 的试验 3 3 1 1 屏蔽服衣料及成衣电阻测试屏蔽服衣料及成衣电阻测试 该套屏蔽服衣料及成衣电阻测试结果见 表 1 表表11000kV带电作业用屏蔽服装衣料及成品性能带电作业用屏蔽服装衣料及成品性能 试验试验结果结果 序 号 试验项目 标准规定值 测量值 GB6568 1IEC60895 1屏蔽效率 dB 40 4069 44 2衣料电阻 0 8 1 00 441 3衣料熔断电流 A 5 511 2 4耐燃 炭长 mm 300 30072 烧坏面积 cm2 100 10016 3 5 金属网屏蔽面纱屏蔽 效率 dB 20 6 6鞋子 500 500297 7 整套屏蔽服装任意最 远端点之间电阻 20 4018 5 需要指出的是 GB6568 1 2000 标准是对 500kV 及以下电压等级的屏蔽服来要求的 IEC60895 2003 标准是对 800kV 及以下电压 等级的屏蔽服来要求的 目前还没有针对 1000kV 电压等级的屏蔽服的标准 从试验结 果来看 1000kV 屏蔽服的各项指标均明显高 于以上两项标准中规定的要求 3 3 2 2 屏蔽服现场应用屏蔽服现场应用试验试验 为了验证屏蔽服的安全防护效果 进行 了现场应用试验 包括登塔过程中的人体场 强测量 等电位作业时屏蔽服内外电场强度 测量和等电位时屏蔽服内流经人体电流测量 等 3 3 2 1 2 1 登塔过程中的人体场强测量登塔过程中的人体场强测量 工作人员登塔过程的示意图见图 2 图图 2 工作人员工作人员登塔登塔过程过程示意图示意图 图 2 各个位置说明 1 人站在导线正下方的地面上 2 人站在模拟塔腿正下方地面上 3 人在模拟塔腿上距离导线所在的水平方 向下方 4m 处 4 人在模拟塔腿上距离导线所在的水平方 向下方 3m 处 5 人在模拟塔腿上和导线在同一水平面上 的位置 6 人在模拟塔腿上距离导线所在的水平方 向上方 2m 处 7 人在模拟塔腿上处于绝缘子串中间所在 的水平方向处 8 人在模拟塔腿上横担下方 1m 处 9 人在塔横担上距离横担边缘 1 5m的位置 10 人站在导线正上方的横担上 各位置人体不同部位场强测量结果见表 2 从试验结果可以看出 在某些位置作业 人员体表场强己超过人体感知水平 即 240kV m 穿戴屏蔽服后 在登塔的过程中 屏蔽服内场强在 0 4 1 2kV m 之间 符合 GB6568 1 2000标准规定的 小于15kV m 要 求 所以 在 1000kV 线路带电作业时 登 中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 塔人员应穿戴全套屏蔽服 表表 2登塔过程中的人体场强测量结果登塔过程中的人体场强测量结果 单位单位 kV m 位置 1位置 2位置 3位置 4位置 5位置 6位置 7位置 8位置 9位置 10 头顶帽外106 487 3176 3212 0265 5246 0139 1116 2151 7257 3 头顶帽内0 70 60 70 81 11 00 70 60 61 2 面罩外86 672 7165 2179 8218 9214 6118 1108 4132 3201 3 面罩内9 28 417 218 723 522 812 911 614 522 1 胸外74 253 8138 6163 4192 9186 089 183 298 6169 1 胸内0 50 40 70 70 80 80 60 60 50 8 膝盖处50 042 6142 7161 2209 5196 5107 9104 1122 4183 8 手尖处 手伸 出指向导线 166 7129 6221 1270 2302 7282 6221 9206 9257 6277 5 注 位置 9 与位置 10 在测手尖处场强时 人是蹲在横担上 手伸出横担下平面指向导线的 3 3 2 2 2 2 等电位作业时整套屏蔽服内部等电位作业时整套屏蔽服内部 外部外部 电电场强度测量场强度测量 模拟等电位作业工况 试验人员穿戴全 套屏蔽服 包括连体衣 手套 导电袜 导 电鞋以及面部屏蔽罩等 一种姿势是双脚站 在八分裂导线的下侧两子导线上 面向绝缘 子串 距绝缘子串 1 5m 另一种姿势是双腿 骑跨在八分裂导线的中上侧两子导线上 面 向绝缘子串 距绝缘子串 1 5m 进行了 1000kV 线路最高运行电压的相电压 635kV 的等电位作业时整套屏蔽服内部 外部电场 强度测量 现场照片见图 3 测量结果见表 3 图图 3 等电位时屏蔽服内等电位时屏蔽服内 外电场强度测量现场照片外电场强度测量现场照片 从测量结果可以看出 1000kV 屏蔽服衣 内 场 强 测 量 值 为2 10kV m 符 合 GB6568 1 2000 标准 小于 15kV m 的规定 作业人员在没戴屏蔽面罩时面部场强测量值 为 1089 1262kV m 不满足 GB6568 1 2000 标准规定的 小于 240kV m 的要求 当戴上 屏蔽面罩时 屏蔽面罩内面部场强测量值为 112 137kV m 符合 GB6568 1 2000 标准的 要求 所以 在 1000kV 线路上进行带电作 业时 应加戴面部屏蔽罩 表表 3等电位屏蔽服内等电位屏蔽服内 外电场强度测试结果外电场强度测试结果 序 号 测试部位测试结果 kV m 1头顶帽外 站立于导线1796 1909 骑跨于导线2087 2156 2头顶帽内 站立于导线4 10 骑跨于导线5 10 3面部 无屏蔽罩 站立于导线1089 1110 骑跨于导线1191 1262 4面部 有屏蔽罩 站立于导线112 126 骑跨于导线124 137 5胸前衣外 站立于导线390 428 骑跨于导线478 596 6胸前衣内 站立于导线2 3 骑跨于导线2 4 7膝盖处 站立于导线476 495 骑跨于导线595 663 8手尖处 手平伸 站立于导线2127 2164 骑跨于导线2196 2289 9脚尖处 站立于导线 骑跨于导线2236 2290 3 3 2 2 3 3 等电位时整套屏蔽服内流经人体电流等电位时整套屏蔽服内流经人体电流 测量测量 屏蔽服内流经人体的电流测量回路如图 4 所示 测量结果表明 作业人员穿戴全套 1000kV 等级屏蔽服后 等电位时流经人体的 电流值为 32 A 满足 GB6568 1 2000 标准 规定的 小于 50 A 的要求 C1 人体与屏蔽服间的电容 C2 屏蔽服与大地间电容 I1 流经屏蔽服和人体的总电流 I2 流经人体的电流 图图 4 流经屏蔽服及模拟人人体的电流测量原理图流经屏蔽服及模拟人人体的电流测量原理图 中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 测量结果见表 4 表表 4流经人体的电流流经人体的电流 电流量值 A 流经屏蔽服和人体的总电流 I14960 屏蔽服内流经人体的电流 I232 3 3 2 4 2 4 小结小结 从屏蔽服现场应用试验结果可知 不论 是登塔过程中还是等电位情况下 屏蔽服内 体表场强和流经人体电流均符合相关标准要 求 表明所研制的屏蔽服完全满足带电作业 的安全防护要求 4 进入等电位拉弧试验及脉冲电 流测量 为了分析试验生物进入等电位时因为拉 弧遭受电击的生理反应 验证屏蔽服的防护 效果 进行了工频电压下进入等电位时的生 物拉弧试验 同时进行了工频电压下模拟人 进入等电位时的拉弧试验 并比较测量了带 电位转移棒和不带电位转移棒进行电位转移 时的脉冲电流 4 4 1 1 生物进入等电位拉弧试验生物进入等电位拉弧试验 生物进入等电位拉弧试验现场照片见图 5 图图 5生物进入等电位拉弧试验现场照片生物进入等电位拉弧试验现场照片 先将生物试品 小猪 用屏蔽服全身包 裹进行试验 试验结束后 将小猪放下来检 查 小猪无烧伤痕迹 运动功能正常 无不 良反应 屏蔽服无烧伤痕迹 表明如果生物 试品完全置于屏蔽服内 当生物进入等电位 时 既使产生电火花放电 也不会对生物造 成危害 原因是进入等电位时产生的暂态放 电的能量不足以损坏屏蔽服 而屏蔽服旁路 了 99 以上的电击电流 因此生物不呈现出 烧伤或不良反应 然后将生物试品 小猪 除头部外其余 部分用屏蔽服包裹绑扎进行试验 试验过程 中能听到小猪的尖叫声 试验结束后 将其 放下来检查 发现小猪鼻子有烧伤的痕迹并 出现嘴角流涎 走路不稳等不良反应 而屏 蔽服无烧伤痕迹 试验结果表明 如果生物 试品的部分体表暴露在屏蔽服外 在暂态电 击的情况下部分暂态电流将直接流经生物试 品 生物会呈现出不良反应 以上试验结果表明 1000kV 线路带电作 业时作业人员应全部均置于屏蔽服内 尽量 减少或无暴露部位 这样不仅有利于高电场 的有效屏蔽 而且有利于减小流经体内的电 流 4 4 2 2 模拟人进入等电位拉弧试验及脉冲电流模拟人进入等电位拉弧试验及脉冲电流 测量测量 测量脉冲电流原理图为图 6 图图 6测量脉冲电流原理图测量脉冲电流原理图 模拟人不使用和使用电位转移棒时测得 的脉冲电流值见表 5 和表 6 表表 5 不使用电位转移棒时不使用电位转移棒时的的脉冲电流脉冲电流 测量次序123456平均值 脉冲电流值 10A 208216198209219203210 表表 6 使用电位转移使用电位转移棒时棒时的脉冲电流的脉冲电流 测量次序123456平均值 脉冲电流值 10A 145156162139151148150 由试验可知 当带电作业人员距等电位 约 0 5m 的地方开始拉弧 作业人员不使用 电位转移棒时弧光强且脉冲放电电流大 使 用电位转移棒时电火花明显减弱 脉冲电流 明显减小 这是因为使用电位转移棒可以使 进入等电位时作业人员离带电体的距离增 大 从而减小了作业人员与带电体之间的电 中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 容 进而减小了电位转移时的脉冲电流 为 防止放电电弧对人体产生影响同时避免脉冲 电流对屏蔽服可能造成的烧蚀损伤 1000kV 带电作业人员进出等电位时应使用电位转移 棒 并尽可能穿戴通流量大 耐燃性好的屏 蔽服并戴上屏蔽面罩 4 结论 1 屏蔽效率不小于 60dB 其他参数 符合 GB6568 1 2000 标准规定的布料制作屏 蔽服可作为交流特高压 1000kV 带电作业的 安全防护用具 屏蔽服应做成上衣 裤子与 帽子连成一体且帽檐加大的式样 等电位作 业必须加戴屏蔽效率不小于 20dB 的网状面 部屏蔽罩 通过试验证明 所研制的交流特高压带 电作业屏蔽服满足我国交流 1000kV 输电线 路带电作业安全防护要求 不需要进口国外 屏蔽服 2 交流特高压带电作业人员在登塔过 程中和等电位作业时必须穿戴整套交流特高 压屏蔽服 进出等电位时应使用电位转移棒 以减小电位转移时的脉冲电流并避免电火花 直接灼烧屏蔽服 3 试验表明 作业人员穿戴整套 1000kV 带电作业屏蔽服后 在登塔过程中和 等电位作业时 屏蔽服内场强值为 0 4 10kV m 符合 GB6568 1 2000 标准 小于 15kV m 的规定 面罩内部场强值为 8 4 137kV m 符合 GB6568 1 2000 标准 小于 240kV m 的规定 在等电位作业位置时 流 经 人 体 的 电 流 值 为32 A 符 合 GB6568 1 2000 标准 小于 50 A 的规定 满 足带电作业的安全防护要求 参考文献 1 胡毅 翁旭 三峡 500kV 同塔双回线路带电作业 试验研究 高电压技术 2001 27 1 57 58 2 胡毅 聂定珍 王力农 500kV 紧凑型双回线路的 安全作业方式研究 高电压技术 2001 27 12 31 33 3 胡毅 王力农 肖勇 500kV直流输电线路带电作 业的屏蔽防护 高电压技术 2002 28 9 20 21 4 胡毅 王力农 操作冲击电压对生物放电及屏蔽 防护试验 高电压技术 2002 28 6 44 45 5 王力农 胡毅 刘凯 等 500kV 高海拔紧凑型线路 带电作业研究 高电压技术 2005 31 8 12 14 6 方年安 带电作业安全技术 东北电力技术 1994 15 7 51 59 33 7 谢玉品 交流 500kV 线路带电作业的开展与应 用 东北电力技术 1994 15 7 34 38 8 胡毅 王力农 邵瑰玮等 750kV 输电线路带电作 业的试验研究 电网技术 2006 30 2 14 8 9 胡毅 王力农 西北 750kV 输电线路带电作业试 验研究研究报告 武汉高压研究所 2002 10 顾祥庆 国内外 500kV 屏蔽服综