专利名称：变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法
技术领域：
本发明涉及输变电带电检修作业，具体涉及一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法。
背景技术：
变电站是电网中极为重要的一个环节，其能否安全运行直接关系到整个电网的稳定和运行。随着电网规模的不断扩大、电压等级的不断升高，变电站事故造成的影响也越来
越严重。国外开展变电站内带电作业的国家有近100个，其中较早的是美国。到目前为止， 美国除个别州外均开展了变电站带电作业，开展的作业项目包括带电更换母线引流线、耦合电容器等；俄罗斯、法国等也相继开展了带电更换电压互感器，带电断、接引避雷器，隔离刀闸和断路器等设备的带电消缺等作业项目。国内在变电站带电作业方面也做了许多工作。早在上世纪80年代，华中工学院就开展了变电站硬母线相间绝缘的雷电冲击和操作冲击放电特性试验研究；武汉高压研究所在“500kV变电站带电更换管母‘V’串绝缘子安全性试验研究”基础上，针对500kV变电站典型母线结构，完成了“500kV变电站带电作业间隙试验研究”，确定了在500kV变电站进行带电作业时，作业间隙的操作冲击放电特性。1988年，长沙电力局研制成功了绝缘盒式升降梯，具有重量轻、便于携带等优点，可在作业现场进行组装、竖立、倒放，克服了以往变电站带电作业中常用竖式绝缘梯的缺陷，减轻了作业人员的劳动强度。针对在变电站开关场所进行带电作业时，由于设备与设备之间以及设备对地间距离较小导致等电位作业难以进行、且安全裕度小等问题，赣东北供电局联合江西省电力修造厂共同研制了一种可360 °旋转的绝缘硬梯，应用于在变电站内带电检修线夹、带电绑扎母线引流线、开关带电加油等需要等电位作业的项目。浙江省衢州电业局，为了解决变电站原有挂线方法(人力抛挂和射绳枪挂线)的缺点，研制了一种新的等电位带电软母线挂线装置。现场实际应用表明，挂线时间可由原来的30min甚至更长减小到5min以内，大大缩短了工作时间，不仅节省了抛射绝缘引绳所需的人力，而且避免了人力抛挂和射绳枪挂线方法给作业人员和周围设备带来的一系列不安全因素。综上所述，目前国内外开展各电压等级变电站的带电作业项目时，均未针对IlOkV和220kV电压等级变电站硬管母相间带电作业时存在安全距离不足的问题进行过研究工作。即根据《llOkV典设》和《220kV典设》确定的IlOkV和220kV变电站硬管母间间隙距离，扣除带电作业人员人体占位间隙O. 5m后，无法满足《安规》规定的带电作业安全距离要求。为此，为了解决IlOkV和220kV变电站管母间存在的安全距离不足问题，考虑现有的以下两种方案
方案一采用绝缘毯对邻近非作业相的管母进行绝缘遮蔽。使用中需考虑绝缘毯的遮蔽范围，以避免绕击放电的现象。本方案主要靠绝缘毯的层间耐压能力来提高作业间隙的电气绝缘强度，但受目前绝缘毯的固有性能和现场检测能力的限制，该方案在现场操作中存在较多安全隐患。目前市面上容易购买的绝缘毯为2级(适用范围为10kV)，由于其较为柔软，且厚度较薄(2 3mm),因此在使用中容易被划伤或刺穿。但现有绝缘毪的现场检测仅是依靠目视判断其是否有划痕或针眼；通过表面电阻测试仪检测其沿面电气强度。这种现场检测方法在使用电压等级较低时(如10kV)，问题尚不明显。但在IlOkV或220kV电压等级上使用，则一旦使用的绝缘毯上有划痕或针眼，在较高幅值的操作过电压下，间隙电气强度将急剧降低而被击穿。特别是受目前定型绝缘毯厚度和尺寸的限制，本方案中需要多块绝缘毯组合使用，以上问题就显得更为突出了。方案二 在作业相附近安装保护间隙以保护作业人员。按照保护间隙的设计原则，保护间隙的工频耐受电压应高于系统运行中可能出现的最大线电压；保护间隙的操作冲击放电电压与管母间带电作业间隙的操作冲击放电电压应满足(U5CI+3 O 彡(U5tl — 3σ )
的关系。即任何工况下，当沿管母传来操作过电压，并且有可能造成带电作业间隙发生闪络时，均是保护间隙先行放电，达到保护作业人员的目的。但是，一方面，由于保护间隙耐受电压较低，一旦系统出现操作过电压，易引起保护间隙放电，导致系统保护装置动作，但由于带电作业时自动重合闸装置已退出运行，此时系统将停运，降低了供电可靠性；另一方面，保护间隙自行灭弧能力差，且一般安装位置距离作业点较近，一旦出现放电，容易对附近的作业人员造成二次伤害；最后，保护间隙安装和拆卸工艺较为复杂。综上所述，现有的以上两种方案在理论和实际应用上都存在着一些缺陷，不能解决IlOkV和220kV变电站管母间存在的安全距离不足问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，该方法用于输变电带电检修作业中，以解决变电站硬管母相间带电作业时存在的安全距离不足问题，满足输变电带电作业安全性的要求，保证电网的安全可靠稳定运行。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，其改进之处在于，所述确定方法包括下述步骤(I)分析绝缘板的厚度；(2)确定绝缘板安装位置；(3)确定绝缘板尺寸；(4)分析绝缘板有效遮蔽范围。其中，所述步骤(I)中，所述绝缘板的厚度包括以下规格lmm、3mm、5mm和8mm、10mm 和 15mm。其中，所述方法选择厚度为5mm环氧树脂材料的绝缘板。其中，在进行相间操作冲击耐受试验时确定步骤(2)所述的绝缘板的安装位置。其中，在进行相间操作冲击耐受试验时所用的试验装置包括负极性管母、正极性管母、两个支柱绝缘子、模拟人模型和绝缘板；所述模拟人模型安装在负极性管母和正极性管母之间；所述模拟人模型面向负极性管母，胸部与两管母中轴线连线平齐；所述绝缘板安装在模拟人与正极性管母之间；其中一个支柱绝缘子一端与负极性管母连接，另一端接地；另一个支柱绝缘子一端与正极性管母连接；另一端接地。其中，在进行相间操作冲击耐受试验时将模拟人模型固定在最低放电位置处，将绝缘板加装在模拟人模型和正极性管母之间，正负极性管母的中心线与绝缘板的中心线处在同一水平面；所述正极性管母与负极性管母之间的垂直距离的最小为3. 0m。其中，所述最低放电位置处指的是模拟人模型距负极性管母距离与两管母相间距离之比约为O. 11，即模拟人距离负极性管母约O. 2m处。其中，在IlOkV和220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板安装在距邻侧边 相管母分别为O. 3m和O. 5m处；试验中采用厚度为5mm的环氧树脂材料的绝缘板。其中，所述步骤(3)中，连续进行15次操作冲击放电试验得出对于220kV变电站管母相间带电作业，所述绝缘板尺寸为3. 2mX 2. Om时，且绝缘板间的搭接宽度O. 2m时其遮蔽范围保证带电作业安全要求；结合作业时操作人员的活动范围(与安全裕度范围相等，一般取O. 5m)，增加O. 5m的安全裕度，最终确定220kV变电站管母相间带电作业中加装绝缘板尺寸为 3. 7mX 2. 5mο其中，所述步骤(4)中，对于IlOkV变电站管母相间带电作业，所述绝缘板尺寸不小于2. 6mX I. 4m时为达到最优有效遮蔽范围；结合作业时操作人员的活动范围(与安全裕度范围相等，一般取O. 5m)，增加O. 5m的安全裕度，最终确定IlOkV变电站管母相间带电作业中加装绝缘板尺寸为3. ImX I. 9m。其中，在IlOkV和220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和O. 5m处；绝缘板厚度应不小于5mm ； IIOkV管母绝缘板高和宽分别不小于3. Im和I. 9m ;220kV管母绝缘板高和宽分别不小于3. 7m和2. 5m ;绝缘板之间的搭接宽度不小于O. 2m。与现有技术比，本发明达到的有益效果是I、本发明提供的一种变电站管母间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，IlOkV和220kV变电站硬管母间加装绝缘板后，可显著提高作业间隙电气绝缘强度，满足带电作业安全要求。2、与常规作业方式对邻近非作业相管母使用绝缘毯进行遮蔽的确定方法和安装保护间隙的作业方式相比，采用在两相管母间加装绝缘板的方式最具现实可行性，解决了IlOkV和220kV变电站硬管母相间带电作业中存在的间隙距离不足的问题，可保证带电作业的安全开展。3、确定了在110kV、220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板应安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和O. 5m处；绝缘板厚度应不小于5mm ； IIOkV管母绝缘板高和宽分别不小于3. Im和I. 9m ;220kV管母绝缘板高和宽分别不小于3. 7m和2. 5m ;搭接宽度不小于 O. 2mο以上研究成果为解决“llOkV和220kV变电站管母相间带电作业中存在的间隙距离不足”问题提供了系统的、切实可行的方案，对保证IlOkV和220kV变电站安全稳定运行具有重要的理论价值和实践意义。
图I是本发明提供的绝缘板距正极性管母不同距离时组合间隙操作冲击放电特性曲线图；图2是本发明提供的220kV管母不同尺寸(高X宽2. OmX I. 2m)的绝缘板示意图；图3是本发明提供的220kV管母不同尺寸(高X宽2. OmX 2. 2m)的绝缘板示意图；图4是本发明提供的220kV管母不同尺寸(高X宽3. 2mX 2. 0m)的绝缘板示意 图；图5是本发明提供的220kV管母绝缘板提供的有效遮蔽范围示意图；图6是本发明提供的IlOkV管母绝缘板提供的有效遮蔽范围示意图；图7是本发明提供的变电站管母间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法流程图；图8是本发明提供的管母间加装绝缘板试验现场布置示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明的目的是提供一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，用于输变电带电检修作业中，以解决变电站硬管母相间带电作业时存在的安全距离不足问题，满足输变电带电作业安全性的要求，保证电网的安全可靠稳定运行。了达到上述目的，对于两相管母间加装绝缘板的作业方式，需对加装绝缘板的厚度、加装位置、尺寸、及该尺寸下绝缘板提供的有效遮蔽范围等技术条件进行确定。本发明提供的变电站管母间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法流程图如图7所示，包括下述步骤(I)绝缘板的厚度分析。根据《安规》，用于IOkV电压等级的绝缘隔板厚度不应小于3mm ;用于35kV电压等级不应小于4mm。分析可知,在IOkV及35kV带电设备上使用绝缘隔板进行带电作业时，绝缘隔板必须能耐受系统的最高运行电压和作业中可能出现的最大操作过电压，其使用要求与本发明中研究的不完全一致(本发明中要求绝缘隔板与空气间隙组合，共同耐受系统的最高运行电压和作业中可能出现的最大操作过电压)。但考虑到本发明中涉及到的电压等级更高，因此，绝缘板的厚度不宜低于《安规》中给出的3_。目前市面上容易购置得到的绝缘板多为环氧树脂材料的,其厚度有lmm、3mm、5mm和8mm、IOmm和15mm多种规格。本发明中起初对厚度为3mm的绝缘板进行了安装位置对相间操作冲击放电特性影响试验，但试验中出现了 I次在较低幅值操作冲击电压下的击穿现象,导致试验失败。分析原因为由于绝缘板的尺寸较大(高度2. 0m、宽度I. 2m)，在起吊过程中，由于控制不当使得绝缘板在高度方向扰曲变形太大，使得绝缘板内部可能出现了裂缝，导致电气绝缘强度下降。对厚度分别为3mm和5mm的环氧树脂绝缘板进行比较可见，高度和宽度分别为2.Om和I. 2m的5mm厚绝缘板结构坚固，在作业过程中扰曲变形程度小,可满足带电作业要求。因此，本发明中放弃了厚度3mm的绝缘板试验方案，主要对厚度为5mm的绝缘板进行相关试验研究，若5_厚绝缘板不满足要求，再按市面上现有规格依次增加厚度进行试验。(2)绝缘板安装位置的研究。以220kV管母为例，在变电站两管母间加装绝缘板，绝缘板与空气间隙组成复合间隙，保持两管母间的距离3m不变，进行复合间隙的操作冲击耐受试验研究。在进行相间操作冲击耐受试验时所用的试验装置如图8所示，包括负极性管母、正极性管母、两个支柱绝缘子、模拟人模型和绝缘板；所述模拟人模型安装在负极性管母和正极性管母之间；所述模拟人模型面向负极性管母，胸部与两管母中轴线连线平齐；所述绝缘板安装在模拟人与正极性管母之间；其中一个支柱绝缘子一端与负极性管母连接，另一端接地；另一个支柱绝缘子一端与正极性管母连接；另一端接地。试验时，为确保复合间隙击穿时放电路径经过绝缘板，即避免绕过绝缘板放电现象的发生，试品布置时重新调整正极性管母的方向，不再将其与负极性管母平行放置，而互成一定角度，且保证正极性管母与负极性管母的最近距离为3.0m。将模拟人面向负极性管母，固定在最低放电位置处，将绝缘板加装在模拟人和正极性管母相距最近的位置，管母的中心线与绝缘板的中心线处在同一水平面。绝缘板距正极性管母不同距离时，组合间隙操作冲击放电特性曲线如图I所示。由图I可知，当绝缘板距正极性管母O. 5m时(为总间隙长度的1/6处)，耐受电压Uw为最高，最高值为1487. 8kV ;加装绝缘板后，可显著提高作业间隙的操作冲击放电电压，在海拔IOOOm及以下，IlOkV和220kV管母间带电作业相间最小组合间隙最大值分别为
I.41m和2. 67m，满足带电作业要求。因此，在IlOkV和220kV中相管母上进行带电作业时，绝缘板应安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和O. 5m处。试验结果亦表明采用厚度为5mm的环氧树脂绝缘板满足要求。(3)绝缘板尺寸研究。绝缘板加装在两相管母之间时，其提高间隙操作冲击放电电压的作用类似于绝缘遮蔽，当遮蔽范围不足时，会出现放电路径绕过绝缘板的放电(以下简称为“绕击”)。由气体放电理论可知，当绝缘板加装在最高放电电压处时，由于间隙发生放电需要的电压高，更易发生放电的绕击现象。因此，从严考虑，试验中固定两管母间距离为3. Om不变，将厚度为5mm的绝缘板安装在两相管母间最高耐受电压处，进行相间操作冲击放电试验，以选取合适的绝缘板尺寸。本部分试验方法与前节类似。首先在一给定幅值的操作冲击电压下(取间隙最高耐受电压的85%，以避免绝缘板被击穿。该操作冲击电压幅值为1264. 6kV，对于220kV系统，相当于6. 40p. u.，大于220kV母线最大相间操作过电压3. 90p. u.。连续进行15次操作冲击放电试验，若15次操作冲击试验均未出现绕击放电现象，即认为遮蔽范围足够,试验结束；否则保持操作冲击电压幅值不变，增大绝缘板尺寸，重复进行15次操作冲击放电试验。搭接后的220kV管母不同尺寸绝缘板的示意图如图2-4，对不同尺寸的绝缘板进行试验，当绝缘板的尺寸为2. OmX I. 2m时，试验中出现从侧边绕击的现象；当绝缘板的尺寸为2. OmX 2. 2m时，试验中出现从经顶部绕击的现象；当绝缘板的尺寸为3. 2mX2. O时，全部耐受。因此，试验结果表明，当绝缘板尺寸为3. 2mX2. Om时，其遮蔽范围可保证带电作业安全要求；且在多块绝缘板并接后的操作冲击放电试验中，没有出现一次经由搭接处的放电，说明搭接宽度O. 2m可满足要求。(4)有效遮蔽范围分析。考虑到实际作业中，作业人员要进行各种操作，因此需对该尺寸绝缘板提供的有效遮蔽范围进行分析，如图5所示。由图5可知，对于220kV变电站管母相间带电作业，当绝缘板尺寸超出作业人员四周各O. 8m即可避免出现放电的绕击现象。考虑到作业时人员的活动范围，实际作业中应增加O. 5m的安全裕度，因此最终确定220kV变电站管母相间带电作业中需加装绝缘板尺寸为
3.7m X 2. 5m (该尺寸的环氧树脂板重量约为88kg)。
对于IlOkV变电站管母间带电作业的绝缘板遮蔽范围，本部分试验在前面搭接得到的尺寸为3. 2mX 2. Om绝缘板基础上，对其逐步裁剪，按照与上述试验相同的方法进行。对于IlOkV变电站管母间不同绝缘板尺寸，当绝缘板的尺寸为3. OmX I. 8m、
2.8mXl. 6m,2. 6mXl. 4m时，试验时全部耐受；绝缘板的尺寸为2. 6mXl. 2m时，试验时出现经侧边绕过的现象。因此，实验结果表明尺寸不小于2. 6mX I. 4m的绝缘板则可提供足够的遮蔽范围。该尺寸绝缘板提供的有效遮蔽范围示意图如图6所示。由图6可见，对于IlOkV变电站管母相间带电作业，当绝缘板尺寸超出作业人员四周各O. 5m即可避免出现放电的绕击现象。考虑到作业时人员的活动范围，实际作业中应增加O. 5m的安全裕度，因此最终确定IlOkV变电站管母相间带电作业中需加装绝缘板尺寸为
3.ImX I. 9m (该尺寸的环氧树脂板重量约为59kg)。根据以上研究，可得到以下结论在110kV、220kV变电站管母相间进行带电作业时，采用加装绝缘板保障带电作业安全的作业方式，可满足带电作业安全要求。在llOkV、220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板应安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和
O.5m处；绝缘板厚度应不小于5mm ;110kV管母绝缘板高和宽分别不小于3. Im和I. 9m ；220kV管母绝缘板高和宽分别不小于3. 7m和2. 5m ;搭接宽度不小于O. 2m。本发明首次提出了管母间加装绝缘板提高作业间隙电气强度的作业方式的方案。一方面，按照气体放电理论，管母间加装绝缘板可提高管母间作业间隙的电气绝缘强度，提高带电作业的安全性；另一方面，加装绝缘板不会改变变电站原有的接线方式。但经验表明，当绝缘板的尺寸不足时，可能发生放电从绝缘板两侧绕过的放电现象。因此，本发明研究也得出了绝缘板安装位置和尺寸大小，及该尺寸下绝缘板提供的有效遮蔽范围等技术条件，以满足管母间带电作业安全性的要求。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括下述步骤 (1)分析绝缘板的厚度； (2)确定绝缘板安装位置； (3)确定绝缘板尺寸； (4)分析绝缘板有效遮蔽范围。
2.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述绝缘板的厚度包括以下规格1mm、3mm、5mm和8mm、IOmm和15mm。
3.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述方法选择厚度为5mm环氧树脂材料的绝缘板。
4.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，在进行相间操作冲击耐受试验时确定步骤(2)所述的绝缘板的安装位置。
5.如权利要求4所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，在进行相间操作冲击耐受试验时所用的试验装置包括负极性管母、正极性管母、两个支柱绝缘子、模拟人模型和绝缘板； 所述模拟人模型安装在负极性管母和正极性管母之间；所述模拟人模型面向负极性管母，胸部与两管母中轴线连线平齐；所述绝缘板安装在模拟人与正极性管母之间；其中一个支柱绝缘子一端与负极性管母连接，另一端接地；另一个支柱绝缘子一端与正极性管母连接；另一端接地。
6.如权利要求5所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，在进行相间操作冲击耐受试验时将模拟人模型固定在最低放电位置处，将绝缘板加装在模拟人模型和正极性管母之间，正负极性管母的中心线与绝缘板的中心线处在同一水平面；所述正极性管母与负极性管母之间的垂直距离的最小为3. 0m。
7.如权利要求6所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述最低放电位置处指的是模拟人模型距负极性管母距离与两管母相间距离之比约为0.11，即模拟人距离负极性管母约O. 2m处。
8.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，在IlOkV和220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和O. 5m处；试验中采用厚度为5mm的环氧树脂材料的绝缘板。
9.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述步骤(3)中，连续进行15次操作冲击放电试验得出对于220kV变电站管母相间带电作业，所述绝缘板尺寸为3. 2m X 2. Om时，且绝缘板间的搭接宽度O. 2m时其遮蔽范围保证带电作业安全要求；结合作业时操作人员的活动范围，增加O. 5m的安全裕度，确定220kV变电站管母相间带电作业中加装绝缘板尺寸为3. 7mX2. 5m。
10.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，对于IlOkV变电站管母相间带电作业，所述绝缘板尺寸不小于2. 6mXl. 4m时为达到最优有效遮蔽范围；结合作业时操作人员的活动范围，增加O. 5m的安全裕度，确定220kV变电站管母相间带电作业中加装绝缘板尺寸为3. ImX I. 9m。
11.如权利要求I所述的保障带电作业安全的确定方法，其特征在于，在IlOkV和220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板安装在距邻侧边相管母分别为O. 3m和O. 5m处；绝缘板厚度应不小于5mm ; IIOkV管母绝缘板高和宽分别不小于3. Im和I. 9m ;220kV管母绝缘板高和宽分别不小于3. 7m和2. 5m ;绝缘板之间的搭接宽度不小于O. 2m。
全文摘要
本发明涉及一种变电站管母相间加装绝缘板保障带电作业安全的确定方法，包括下述步骤(1)分析绝缘板的厚度；(2)确定绝缘板安装位置；(3)确定绝缘板尺寸；(4)分析绝缘板有效遮蔽范围。本发明确定了在110kV、220kV变电站管母相间进行带电作业时，绝缘板应安装在距邻侧边相管母分别为0.3m和0.5m处；绝缘板厚度应不小于5mm；110kV管母绝缘板高和宽分别不小于3.1m和1.9m；220kV管母绝缘板高和宽分别不小于3.7m和2.5m；搭接宽度不小于0.2m。为解决“110kV和220kV变电站管母相间带电作业中存在的间隙距离不足”问题提供了系统的、切实可行的方案，对保证110kV和220kV变电站安全稳定运行具有重要的理论价值和实践意义。
文档编号H02B3/00GK102916357SQ20121039287
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者蔡焕青, 邵瑰玮, 付晶, 陈怡 , 曾云飞, 闵绚, 胡霁, 文志科 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司