多回平行线路（精选7篇）
多回平行线路 篇1
1 前言
随着电网的快速发展, 线路走廊越来越紧缺, 在一定地段多回线路平行走线已十分常见。通常这些线路是分别先后建成投运, 当新线路建成时, 老线路已投运, 新建线路若与先建线路存在互感关系, 则先建线路的互感参数相应会发生变化。因此先建线路的互感参数亦需要重新测试, 这给线路参数测量带来极大的难度。由于线路参数测量结果是继电保护装置参数整定的基本依据, 历来受到调度运行部门的高度重视。按传统测试方法, 存在互感关系的线路需要同时停运用于测量。数条线路同时停运将可能使大量用户停电;而多条线路停运, 将可能造成区域性停电, 造成的损失难以估量。所以我们必须研究尽可能不影响输电线路运行的检测方法, 本项目进行了高海拔地区多回平行线路参数测试技术相关方面的研究。
2 被测线路模型
被测互感线路模型示意图1, 6条线路涉及A、B、C、D共计4座变电站。其中:BD1号、BD2号线同塔双回架设;AC1号线与AB线部分段采用同塔架设;AC2号线与AD线部分段采用同塔架设;AD与AB存在部分平行架设段;AC1号、AC2号存在部分平行架设段。测量前6条线路均已投运。按研究要求, 需要测量6条线路间的零序互阻抗及各线路的零序自阻抗。
3 测量系统
3.1 测量装置
测量装置原理示于图2, 带电测量系统装置部分采用了基于虚拟仪器与嵌入式系统的设计方法。装置由全球定位系统 (GPS) 接收模块及OEM板、信号输入接线端子、信号变送器、嵌入式DSP同步数据采集卡、开出量卡、继电器组、继电器输出接口、嵌入式PC卡、电源卡、电源信号总线底板、液晶显示器、硬盘、键盘和鼠标构成。
测量的电压信号 (经TV) 和电流信号 (经TA) 分别经信号输入接线端子、信号变送器接入到嵌入式DSP同步数据采集卡。OEM板输出的PPS信号进入到嵌入式DSP同步数据采集卡中的DSP中断口。OEM板输出的GPS时间信息输入到嵌入式PC卡上的串行口中;GPS模块接收GPS的秒脉冲 (PPS) 信号 (误差≤1μs的时间基准信号) 以及授时信号;DSP卡采集的数据由嵌入式PC卡读取并存入硬盘中。嵌入式PC卡发出的跳闸和合闸命令经开出量卡、继电器输出接口与输电线路的断路器 (开关) 连接;嵌入式PC卡与开出量卡和继电器组中的其余继电器连接, 用于切换信号变送器输入信号的档位大小。便携机或工控机通过USB或串口与DSP数据采集单元通信, 主要进行数据存储、处理及装置的管理。可见, 测量装置的关键是利用了GPS时间同步技术。
为消除混叠和泄漏效应引入的误差, 并对信号进行谐波分析, 即滤波处理, 要求采样窗口宽Tw满足 (对矩形采样窗) :
式中:w为正整数, 一般取8~16;T0为工频周期。
采样频率fi和窗口宽Tw应与基波频率f0=1/To严格同步, 若每周期采样N点, 则:
测量装置具有多个输入通道, 可同时采集多路电压、电流信号。一般, 谐波测量仪可满足式 (1) 、式 (2) 要求, 至少可同时测量三相电压、电流信号, 即具有多个输入通道。可见, 将谐波测量仪增设GPS接收同步卫星的授时信号等功能, 即可用于线路参数测量。
3.2 测量系统
系统由n台上述测量装置组成, 台数一般根据变电站数目而定, 如4座变电站至少需要4台, 当2条被测线路的TV, TA相距较远时, 为避免引线太长, 则该变电站需要2台。各台测量装置由GPS接收PPS信号及授时信号, 使各装置采集的信号时间基准相同, 以确保所有采集的信号相位具有统一的基准。
4 测量方法
由该测量系统进行测量的关键问题之一是在被测线路中产生一定的零序电流增量。线路正常运行时三相负荷对称, 零序电流极小, TA输出信号基本为0。因此必须人为产生一个适当大小的零序电流, 这是测量能否顺利进行的关键, 也是现场实施中难度最大的一步。目前常用如下2种方法。
4.1 加压法
将其中一条线路停运, 两端三相均短接, 对侧接地, 在首端施加零序电压 (即单相电压) , 如图3所示。为了在平行线路中感应较大的零序电压信号, 根据经验注入的零序电流必须大于30 A。当线路较长时需要在线路首端并联电容器进行补偿, 使容抗与线路的感抗基本相等, 即XC≈XL, 以增大零序电流。主要加压设备有200 k VA/10 k V配电变压器、同等容量的调压器各1台、电容器数台 (容量、电压需根据线路长度及所加电压大小而定) , 此外还需要空气开关等辅助设备, 因此所需加压设备较笨重, 当加压线路的干扰电压较高时, 则要进一步加大设备容量。当有n条被测线路时, 需依次将n条线路停运一次, 进行加压操作。
4.2 跳闸法
人为将线路的一相断开, 造成缺相运行1.0 s左右, 此间由于负荷电流不平衡, 将会产生较大的零序电流, 再由重合闸合上断开相, 恢复正常运行。该方法不需要停运线路, 也不需要加压设备。但为防止重合闸不成功, 确保重要用户供电, 一般事先要将部分重要负荷转移。同样需要依次对各被测线路进行一次跳闸操作。该方法简单、易行, 但存在重合闸不成功的风险。
以下2种方法在一定程度上可解决上述2种方法存在的不足之处。
1) 三倍频加压法
类似加压法, 由三倍频变压器向停运线路注入3次谐波电流I3i, 从而在平行线路j中产生3次谐波电压U3j=3ZijI3j (Zij为互阻抗) ;由于3次谐波的频率是工频的3倍, 若注入与工频同样大小的电流, 在平行线路中感应的3次谐波电压将是工频的3倍。该方法可有效减小设备容量, 但也需要线路停运。此外, 由于线路零序阻抗以大地构成回路, 因此会产生与频率相关的附加误差。以大地为回路时, 两平行导线间的互感阻抗为:
式中:f为测量频率;D为平行导线间的距离;Dg为计入大地电感时电流散入大地的深度,
由此可对测量结果进行频率修正。从三倍频法用于测量地网接地电阻的情况看, 修正后的误差在工程可接受的范围内。
2) 两相高抗法
若在线路中装有高抗, 可切除其中一相高抗, 造成线路三相不平衡运行, 从而产生较大的零序电流。该方法与跳闸法相类似, 但不需要停运线路, 风险较小。事实上, 只要造成线路负荷不平衡, 就能产生零序电流。总之, 为了在线路中产生零序电流增量, 上述几种方法均可行, 但跳闸法最简便。在加压或跳闸前, 各装置提前约1 min预先设定启动采样时刻;类似于故障录波, 装置需要采集加压前各线路数个周期的零序电压、电流信号。
5 测试结果
某110 k VⅠ回线 (线路长6.621 km, Ⅰ、Ⅱ回线全线同塔架设) 停电加压 (Ⅱ回线带电运行) , 在Ⅰ回线上实测的电压波形 (局部) 和电流波形 (局部) 分别如图4所示。
利用研制的带电测量系统, 采用本文提出的带电测量方法进行带电测量, 结果如表1所示。
为验证测量结果的准确性, 同时采用干扰法进行了对比测试。用干扰法测量出的BD2号线自阻抗的结果为1.694+j 7.423。与干扰法测量结果对比可知, 带电测量结果是准确可信的。
6 结束语
1) 生产实际提出了多回平行线路互感参数测量难题, 本文介绍的测量方法为解决这一难题提供了有效的手段;即使采用加压法, 也只需轮流停运1条线路。与传统的方法相比较, 极大地减少了停电损失, 而且测试结果准确可靠, 工程应用价值显著。
2) 测量系统并不复杂, 多功能谐波分析仪增加GPS接收及与授时信号同步等功能, 并配以相应的分析软件即可。
3) 测量中的关键问题是如何产生足够大的零序电流, 本文采用的2种方法均存在不足之处;所提出的2种新方法各有优势, 但有待实际工程检验。
4) 用干扰法测量线路自参数, 具有简单、易行的特点, 可作为一种辅助测试手段, 用于检验测试结果, 但注意线路较长时应进行修正。
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同塔多回输电线路的设计及应用 篇2
电网建设随着社会用电量的与日俱增也在飞速发展, 随之产生的安全输电、土地资源紧张等问题也日益明显, 为了解决用电紧张问题, 同塔多回输电线路的应用研究和建设推广就十分必要。这种设计线路从整体上提高了电能运输的安全性, 同时, 同塔多回线路排列设计的优化可明显降低对土地资源的占用。本文对同塔多回输电线路不同的设计方案的经济成本进行了分析, 并着重讨论了同塔多回输电线路的架线特点。
1 输电线路存在的问题及同塔多回输电线路的发展优势
1.1 现存输电线路中存在的问题
随着社会经济的飞速发展, 社会对电力的需求也在迅猛增长, 输电线路建设急需扩大。长期以来线路走廊用地缺乏, 单回输电线路承受着极大的供电压力。同塔多回输电技术的广泛应用对缓解输电压力具有极其重要的作用, 首先同塔多回输电线路的建设具有较大的经济成本节约性, 更重要的是这种技术大大增加了电力输送总量, 尤其适用于现代化密集居住用电, 而现存的单回输电线路因供电能力较差已不能满足发展需求。
1.2 同塔多回路输电线路的发展优势
安全运行是检测输电线路是否具有发展优势的重要指标, 由于部分同塔多回输电线路长度相对较短, 常见的绝缘闪络、雷击跳闸等线路故障现象发生较常规线路多一些, 但统计全国的同塔多回输电线路的重大安全事故几乎为零, 整体上同塔多回输电线路的安全运行优势高于其他常规线路。
不同设计方案的同塔多回输电线路的建设成本不同, 优化设计的同塔多回输电线路更具有经济效益与发展优势。以同塔双回与同塔四回线路经济成本为例, 双回线路与四回线路的电气工程量基本无差别。由于四回线路铁塔高度较双回线路铁塔高, 且基础工程量较大, 所以在材料成本上双回线路要低于四回线路。线路工程的施工费用主要取决于施工难度, 相比之下双回线路的架线难度要低于四回线路的架线难度, 故施工费用也较少些。另外, 一部分经济成本来自架线对土地资源的征用, 线路走廊是架线时土地资源的主要消耗者, 同塔双回线路的线路走廊比四回线路多一倍以上, 土地征用费用也随之更高。在设计同塔多回输电线路时要跟据地理环境因地制宜, 综合不同设计方案的经济优势选择最优设计线路。
2 同塔多回输电线路的设计原则
同塔多回输电线路的设计首先要根据回路中最高的电压等级确定重现期, 一般500 k V线路按30年一遇, 330 k V及以下电压线路按15年一遇。另外要根据多回线路在系统中的地位决定是否提高取值, 当回路在系统中的作用已经到达一级电压水平时要合理提高气象条件取值。
线路对地距离的设计原则是根据不同电压等级和不同区域线路规定不同的对地距离, 将居民区与非居民区、单线与双回等情况综合分析。考虑到静电场对地面的影响, 同塔多回线路的布线要对地面场强进行预算分析, 从而分析出线路最终的对地距离。
同塔多回输电线路的选择不仅影响到线路安全, 也会影响耐张杆塔的荷载量, 不同工程的架线要根据该工程的杆塔数量和线路安全系数等来选取既能保证安全又可节约成本的导地线。
同塔多回输电线路的架设要注意防雷特性的建立, 当塔身高度越高时电感与塔的波阻越大, 塔顶如果遭受到雷击沿塔身传播到接地装置后, 产生的反射波返回塔顶时间相对增加, 从而增加了绝缘闪络跳闸比率。为了提高同塔多回线路的耐雷水平可在布置塔头时减少一定的横担层数, 也可为避免同层横担上出现同名相向导线而改变导线相序排列方式, 降低遭受雷击的频率。同时可以通过减小地线保护角来降低绕击率, 平衡高绝缘可以使线路跳闸的总次数相对减少。加装避雷器, 采用悬挂耦合地线也可增强杆塔的防雷特性。
同塔多回输电线路的绝缘配置除了导线需满足相应的技术规程外, 还应注意增加回路间导线的间距, 具体做到针对档距和杆塔上不同的放电渠道设计线路距离及配置, 使线路在外界环境较为恶劣的情况下也能安全运行。对于悬垂串可进行V字型布置, 这种布置可减少大风环境下的闪络故障, 线路的爬电比距也可适当提高以减少绝缘子清扫工作量。
同塔多回输电线路的塔基及铁塔设计总体要遵循安全可靠的原则, 选择的塔形要具备结构简明, 可降低计算误差的特性。塔基选择可选取该地区有良好运行经验的型式, 注意地理环境较差地区的基础稳固可靠性建设。同塔多回输电线路的载重远超越单回线路, 在进行塔身建设时可适当选择高强度钢管, 注意架线两端的平衡张力。
随着生态环境的不断恶化, 输电线路在建设过程中也要遵循将对周围环境影响降到最低的原则。多回输电线路会产生一定强度的电磁波, 这些干扰电磁除了会影响到人体外还会对途经的无线电波、通信信号产生一定影响, 在线路设计优化研究中要将对环境干扰降低的课题重视起来。
3 不同排列的同塔多回输电线路设计特点及应用
不同回路数量及排列的输电线路设计要点与应用特点也不尽相同, 同塔四回水平排列输电线路的设计特点是首先要将四回路拆分为两个双回路, 这种操作具有简便易执行的特点。由于输电线不会从一个变电站以四条回路直接进入下一个变电站, 而是都要先进行分路, 故一般四回路拆分为双回路。同塔四回线路采用水平布置后两边回路导线的距离会拉大, 这对于110k V线路影响不明显, 但对220k V线路两边的回路导线距离影响显著, 必要时要增加地线来弥补地线对回路保护的减弱。这种同塔四回线路的排列特点是两个双回路并排于塔身左右两侧, 在进行线路检修时会影响到对侧回路造成停电区域增加, 线路走廊宽度也较大, 建设后期线路支接较为复杂, 但线路的整体高度处于居中水平, 利于后期工程改建和线路交叉。同塔四回水平排列方式的线路的推广受到一定的土地使用制约, 且在检修中存有结构上的不足。
同塔四回垂直排列输电线路是基于平行排列不足之处改进的线路结构, 这种线路支接的方式可以是对杆塔左右侧回路进行支接, 也可对杆塔上下回路进行支接, 左右侧回路支接的线路可以直接从四回路塔连接到双回路上, 较容易操作。上下侧支接的回路则是按照水平排列的方式先由两个双回路取代四回路, 其后分支T接再合并为四回路。这种回路排列首先是较大程度地弥补了平行排列的不足, 检修时不会影响到其他回路用电。另外, 垂直排列的四回路输电线所占用的线路走廊宽度较水平排列小, 具有土地资源利用率高的优势, 但也有由于杆塔塔头结构庞大使避雷线屏蔽效果减弱的缺陷。
部分线路经过区域由于线路走廊宽度限制不严格经常采用三角型线路排列, 当有110 k V电压线路与220 k V电压线路同塔混压架线时, 采用四回线路的水平排列布局会使塔身两侧荷载失衡严重, 垂直排列则对铁塔高度有一定要求, 工程成本会随之增加。因此可根据具体情况使用三角排列方法布线, 220 k V线路布于上面两层, 110 k V线路布于下面两层, 三相导线排列成三角型回路。
4 结语
同塔多回输电方式在输电线路中越来越被广泛的应用, 虽然目前同塔多回输电线路的建设成本比单线输电工程要高, 但是其整体的线路运行安全要高于常规线路。在土地资源稀缺紧张的情况下, 居民用房土地占用与城市规划建设等方面用地的矛盾越来越明显, 输电线土地占用审批也越加严格, 同塔多回输电线路可有效节约线路走廊占用地, 综合考虑环境保护与节约土地成本的因素, 同塔多回输电线路具有良好的发展前景。参考文献:
参考文献
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同塔多回线路接地电阻的防雷特性 篇3
1 同塔多回路线接地电阻对防雷性能的影响因素
1.1 杆塔的接地电阻对线路反击耐雷水平的影响
雷雨天气时, 雷电流会到达杆塔并通过杆塔, 使接地电阻和杆塔电流增加, 当超出塔体本身所能承受的最大电压时, 绝缘子串则会低于导线电位, 从而产生反击现象, 即被称为闪络。闪络现象常引起线路跳闸, 此时, 杆塔的接地电阻成为影响雷击反击跳闸的重要原因。根据相关的计算方法, 当杆塔的接地电阻值为1Ω时, 线路反击耐雷电流则为114k A;当杆塔的接地电阻值为20Ω时, 线路反击耐雷电流则达到106k A。可见, 线路反击耐雷水平与杆塔的接地电阻值呈反向关系, 即线路反击耐雷的水平随着接地电阻值的增大而降低。因此, 要提高输电线路的防雷性能, 可降低杆塔的接地电阻值。但根据相关的研究结果, 在杆塔的接地电阻值为10Ω时, 对线路反击耐雷水平的影响则比较小, 因而防雷性能也受到影响。
1.2 杆塔的高度对线路防雷性能的影响
塔高度是影响线路防雷性能的重要因素之一。分析杆塔高度对线路防雷性能的影响, 主要体现在以下方面:第一, 对线路绕击耐雷水平的影响。杆塔高度增加, 相对线路高度也会相应增加, 线路与地面之间的高度也因此增加, 这在一定程度上减弱了地面对雷电的吸引力。另外, 导线的最大绕击电流也相应增大, 绕击率增加。第二, 对反击耐雷水平的影响。一般情况下, 输电线杆塔都会跨越交通公路。而根据相关规定, 为不影响正常的交通运行, 输电杆塔的高度应超过30m。而同塔多回路杆塔比一般的杆塔高, 因此, 同塔多回路杆塔的高度更高。但根据相关的研究成果, 线路的反击耐雷水平随着杆塔高度的增加会逐渐降低。例如, 根据相关计算公式, 杆塔高度为31m时, 线路反击的耐雷电流则为123k A;杆塔高度为51m时, 线路反击的耐雷电流则为93k A。线路的反击耐雷水平与杆塔高度呈负相关关系。因此, 杆塔高度是影响线路防雷性能的重要因素。第三, 绝缘水平对线路防雷性能的影响。雷电击中杆塔塔顶, 或受地线影响会出现线路的绝缘反击。据相关接地和防雷的计算公式, 可知绝缘子串的一半冲击闪络电压是影响输电线路耐雷的重要因素。
2 提高同塔多回路线路接地电阻的防雷性能对策
2.1 降低杆塔接地电阻值
通过以上分析可知, 线路反击耐雷水平与杆塔的接地电阻值呈反向关系。因此, 为减少雷击跳闸现象, 提高线路反击耐雷水平, 可适当降低杆塔的接地电阻值。将杆塔的接地电阻值设计在15Ω以下, 可有效降低接近地面几回导线的跳闸率。除此之外, 运行单位应按照相关规定, 对接地电阻进行定期检测, 以便及时处理不合格的杆塔。
2.2 提高绝缘水平
绝缘子串的一半冲击闪络电压是影响输电线路耐雷的重要因素。且大多雷击跳闸现象是雷击反击造成。为降低雷击跳闸现象, 提高线路耐雷水平, 可增加一定数量的杆塔绝缘子数量。
2.3 使用合成外套线路悬式氧化锌避雷器
为防止同塔多回路线路出现绕击或反击现象, 可使用合成外套线路悬式氧化锌避雷器。这种避雷器由两部分组成:合成外套避雷器本体、串联间隙。合成外套避雷器本体由氧化锌电阻片形成, 位于环氧玻璃纤维芯内部, 具有伏安特性。而串联间隙则又由3部分组成, 分别为空气间隙、环电极、护线条, 每2个串联间隙距离为900mm左右。合成外套线路悬式氧化锌避雷器一般可在两杆塔回路上、中、下部以及线路顶端分别进行安装, 能有效降低雷击跳闸现象的发生。例如, 某电网公司所辖输电线路大多为雷电活动强烈地区, 因此, 雷害状况较为严重, 但应用合成外套线路悬式氧化锌避雷器后, 雷害情况大为减少, 可见其应用效果十分显著。
摘要：本文对同塔多回线路接地电阻的防雷性能进行了研究, 分析了同塔多回路线接地电阻影响防雷性能的主要因素, 并提出了提高同塔多回路线路接地电阻防雷性能的有效措施。同塔多回路线路的应用有利于缓解输电线路紧张的状况, 并能有效提高土地资源的利用效果。但同塔多回路线路接地电阻对防雷性能的影响因素较多, 主要有杆塔的接地电阻对线路反击耐雷水平的影响、杆塔高度对线路防雷性能的影响两种。为降低雷击跳闸的现象, 减少雷害情况, 应采取相应的防雷措施, 如降低杆塔接地电阻值、提高绝缘水平、使用合成外套线路悬式氧化锌避雷器等, 保证输电线路的安全运行。
关键词：同塔多回线路,接地,电阻,防雷特性
参考文献
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多回平行线路 篇4
关键词：同杆多回线路,不平衡电流,相序排列
0 引言
输电线路设计、架设及运行过程中导致的三相参数不对称是无法避免的。随着中国用电负荷的迅猛增长及城市化进程的不断加快,同杆并架的多回输电线路作为节省输电走廊、增加输电容量、降低电力建设投资的一种有效方法,已越来越引起人们的重视[1,2,3,4,5,6,7,8]。地区电网中出现大量短/超短的超高压同杆多回输电线路,且普遍采用不换位架设。近年来因不换位同杆多回线路引起系统三相电流不平衡问题日益突出[9,10]。因此,当超高压同塔(杆)线路长度较短而采用不换位架设时,其引起的不同程度的三相电量不平衡问题应受到足够重视。尤其是在地区电网中,同杆并架的多回线的广泛应用将是一个趋势,对同杆多回线路引起的三相不平衡问题的研究具有重要的现实意义。
本文以深圳电网某220 kV同杆4回线路出现的严重三相不平衡电流现象为切入点,利用电磁暂态程序EMTDC建模,分析了相序排列、线路潮流和环网运行对同杆多回线路不平衡电流的影响,提出了限制同塔(杆)多回线路不平衡电流的建议。研究结论对目前电网中日益广泛应用的同塔(杆)多回线路设计和运行有重要指导意义。
1 不平衡现象与分析
至2009年底,深圳电网中220 kV线路均较短(最长的鲲宏双回线为34 km),采用全线不换位架设方式,直接导致深圳电网局部三相电流出现明显不平衡。由现有宝安至奋进同杆双回线路改造,新建宝安至公明甲乙线,形成安奋—安公同杆4回线路。试投入运行过程中出现严重三相不平衡电流:
1)公明站对安公甲线进行合环,A相和B相电流均为245 A,C相电流达490 A,引起宝安换流站侧后备零序保护动作。
2)公明站对安公乙线进行合环,A相电流为118 A,B相和C相电流为235 A,线路电压正常,未发生跳闸。
3)安公甲乙线同时合环,仍维持单独合环运行时的三相电流不平衡现象,电压正常。
鉴于安公甲乙线均在合环运行时零序电流过大,导致线路无法正常投入运行,因此将安公甲乙线断开转冷备用状态。
宝安500 kV站点的220 kV母线为三相对称的强电源,奋进站负荷可以近似认为三相对称。对公明站安公甲乙线的带负荷测试和开关回路电阻测试显示结果均合格。因此,现场测试排除因开关连接不良引起的不平衡和公明站电源/负荷不对称的情况。初步理论分析[11]表明:由于安奋线杆塔结构的限制,改造形成的安奋—安公同杆4回线路导线间距较小,导线之间电磁和静电耦合较强,可能使线路参数的不对称加大;公明站仍有出端与其他线路连接,安公双回投产后使所在220 kV片网形成环网结构,环网运行的影响可能使线路的不平衡电流增大。
2 EMTDC仿真模型与检验
在实际系统中对各类影响不平衡性的因素进行试验测试不具备条件,故利用EMTDC建立含安奋—安公同杆4回线路结构参数的分相电气特性模型。安公线所在220 kV片网是由500 kV宝安站和鹏城站供电的环网结构,等值模型中保留这2个500 kV站点及其相关220 kV线路,如图1所示,图中标明了各条220 kV双回线路参数,采用2009年夏大和夏小方式。宝安、鹏城站等值参数如表1所示。
安公—安奋线采用垂直型杆塔,线路布置如图2所示,其中同杆4回线部分的安公线68号～72号段线型为2×NRLH60J-500,0.47 km,地线采用双光纤复合架空地线(OPGW),负荷采用恒阻抗模型。
EMTDC平台对于多回线路仅提供全同线型的模型,因此仿真建模时还必须对比分析图2中不同线型的同杆4回段采用某一种线路型号对线路参数不对称的影响,结果如表2所示。表2显示2种线型下不平衡度差异很小。因此,不失一般性,等值模型中线型取为2×JL/LB20A-630/45。
仿真算得:安公甲乙线依次投入时零序电流分别为95 A,86 A,同时投运时零序电流分别为61 A,57 A。计及测量误差,所引起的保护动作情况与现场一致,可见模型能正确反映实际系统安公双回三相不平衡电流情况。
3 不平衡影响因素分析
电力系统中通常以零序静电不平衡度和负序静电不平衡度衡量三相电量的不平衡性。根据线路后备保护配置特点,本文采用静电不平衡度作为衡量指标,以零序和负序电流不平衡度为例,其定义如下:m0=I0/I1,m2=I2/I1,其中I0,I1,I2分别为线路的零序、正序和负序电流。
超高压输电线路采取不换位架设时,导线相序排列方式、导线间距离是影响线路参数不平衡的主要因素[12]。处于环网运行时,还包括邻近线路运行情况的影响[13]。
3.1 相序调整对不平衡性的影响
双回线路之间的相序排列有同相序、逆相序和异相序3类,一共36种。而同杆4回线路的相序排列方式更加复杂,一共1 296种。对于已建成的不换位架空线路,考虑工程实际应用和经济性,不宜采用更改导线属性和改造杆塔结构的方式以限制参数的不对称。优化导线相序排列不仅可以有效改善同杆多回线路参数的不对称性,而且可操作性强,是目前电网运行中限制架空线路不平衡电流的重要措施之一[14,15]。
调整安奋—安公同杆4回线的其中一回相序,有涵盖同相序、逆相序和异相序的20种情况。研究表明,双回线路采用同相序和逆相序的三相平衡特性优于异相序[16,17,18]。在公明站分母后安公线开环运行,对20种相序组合引起的不平衡进行仿真(具体数据见附录A表A1、表A2)亦验证了以上结论:任一双回线路采用异相序时,不平衡特性较差;同时采用同相序或逆相序的4种方案,其各回线路平衡特性较优。表3列出了在实际环网中4种优选相序(方案1～方案4)和原相序(方案5)、同时投入安公甲乙线和分别投入安公甲乙线的不平衡电流情况。
由表3可知:
1)各个方案的零序电流都要大于负序电流。
2)安公甲乙线均投入运行时,4种新方案对不平衡电流的限制效果均优于方案5。
3)对于限制负序电流,方案1明显优于其他方案;对于限制零序电流,方案3最好。
4)安公线单回线运行时,方案3和方案4的零序电流明显优于其他方案,负序电流也在较低水平。
由上述各类方案的比较可知:安奋双回线对安公线的电磁耦合作用对安公线的不平衡性具有重要影响,尤其是对安公双回线的零序不平衡度影响很大。安公甲(乙)线投入运行时,由于只受到安奋甲、乙线的电磁耦合作用,而安奋甲乙线逆相序排列对安公乙(甲)线的耦合作用相互削弱,同相序正好相反,所以安公一回停运时,安奋双回线采用逆相序排列较优。
另外,安公双回线所在环网内其他线路相序亦影响其电流的不平衡度。因此保持安奋双回线正常工况运行,改变环网安公双回线相邻线路(包括鹏育双回线、育公双回线、安象双回线及公象双回线)的相序进行仿真测试。安公双回相邻线路的相序变化对其本身的不平衡电流有一定的影响,但影响程度远小于安奋双回线对安公双回线的强耦合作用。如其他线路均采用同相序ABC-ABC排列时,安公甲乙线的零序不平衡度分别为25.8%,34.7%,负序不平衡度分别为22.2%,24.7%,可见变化不大。
在安公双回线均投入运行情况下,调整安奋—安公同杆4回相序,可使安公线的不平衡性有所改善,但零序不平衡电流仍然维持在50 A左右。其主要原因是调整线路相序仅改变线路参数结构,优化下的相序其线路参数的不对称减小,并未改变线路的潮流。另一方面,这也说明调整导线相序排列对改善安公线不平衡电流的效果有限。因此,有必要研究安奋线潮流变化对安公线不平衡性的影响。
3.2 线路潮流变化对不平衡性的影响
由于同杆4回线的各回线以及各相导线之间都存在互感,使得安公双回线的不平衡电流不仅与自身的因素有关,而且与安奋双回线的潮流密切相关[19]。
在2009年夏大方式下,安奋双回线、安公双回线输送有功分别为920 MW和160 MW。仿真时公明站分母后使安公线末端开环,公明站设为一个等值负荷,安奋双回线和安公双回线初始潮流分别定为900 MW和100 MW,有功无功比例为5∶1,线路相序采用方案3和方案4的相序排列。安奋双回线潮流变化范围为100 MW～1 000 MW,变化步长100 MW,安公双回线的不平衡度变化如图3所示。
由图3可知:
1)2个方案下安公双回线的零序不平衡度和负序不平衡度均随安奋双回线潮流的增大而增大,近似呈线性正比关系。
2)随着线路负载的增加,零序不平衡度的增速远大于负序不平衡度的增速。
3)方案3的安公甲乙线负序不平衡度增幅较大,最大值达到7.8%;而方案4的负序不平衡度增幅很小,最大值未超过2%。因此,安奋双回线潮流的变化对安公双回线负序不平衡度影响不大。
4)2种方案中,安公双回线的零序不平衡度最小值为2.4%,最大值为18.2%,增幅均很大。
上述现象再次验证安奋双回线与安公双回线之间存在较强的电磁耦合作用,当安奋双回线潮流增大时,对安公双回线的电磁耦合关系尤为明显。安奋线三相电流本身存在一定的不对称,在安公线上感应产生不对称的三相电压,相当于将安公线本身的不对称系数放大,尤其体现在零序参数的放大作用。显然,增加线路间距可以削弱安奋双回线对安公双回线的强耦合作用。以方案3为例,将安公双回线和安奋双回线的间距增加1 m,安公双回线的零序不平衡电流降为40.5 A,33.5 A,负序不平衡电流降为21.3 A,12.5 A。因此从线路设计的角度,对电网中同杆多回线路的间距不宜设置过小。
由于线路之间的电磁影响是相互作用的,减小线路间的潮流差异也能有效降低安公线的不平衡电流。从图3中也可以看到,当安奋线潮流(有功小于200 MW)与安公线潮流相差不大时,2种方案下安公线的零序不平衡度和负序不平衡度均很小,最大值不超过6%。
3.3 安公线开环运行的不平衡度变化
除线路本身参数不对称因素引起该线路三相电流的不平衡外,线路两端电量的不对称也是线路上出现不平衡电流的重要原因[10,11]。当自身三相参数不对称的线路上施加不平衡电压时,可能出现不平衡的叠加,使得线路不平衡电流明显增大,严重时可导致线路退出运行。
安公线末端公明站侧仍有出线与其他站点连接,存在不对称因素。对于安公线而言,与公明站连接的外网可等值为一电源,且该电源三相不对称,因此,在环网运行中的安公线不平衡电流进一步加剧。由前文分析可知,调整临近线路相序对安公线不平衡度改善效果不明显,因此在现有线路架设结构下,可以考虑将公明站分母后使安公线开环运行来降低不平衡电流。在此运行条件下公明站分母后安公线末端带一对称等值负荷,排除了邻近线路的不对称影响因素。
如在2009年夏大运行方式下,公明站分母运行,挂接于宝安侧的220 kV变压器所带负荷为(160+j30)MVA,采用方案3和方案4的相序排列。在正常工况、安奋线和安公线分别停运一回的不平衡情况如表4所示。
比较表4中各方案数据可知:
注:*表示线路原始相序排列。
1)当公明站分母时,各种工况下原始相序和优化相序的各个方案均能将零序、负序不平衡电流限制在安全水平,尤其对于方案3和方案4,零序不平衡电流下降明显,计算的所有情况中,最大零序电流约为60 A,最大负序电流约为25 A。
2)对于零序电流,正常运行和安奋双回线任意一回停运时,各方案相差不大;安公甲线或乙线停运时,方案3和方案4远优于原方案。
3)对于负序电流,正常运行时,方案3和方案4优于原方案5;安奋双回线或安公双回线任意一回停运时,各方案基本相当。
可见,同杆多回线路两端电量的不平衡性对线路上的不平衡电流有重要影响。为将不平衡电流限制到安全水平,在环网中不平衡显著的线路可以考虑在适当情况下解环运行。
4 结语
同杆多回线路架设方式在国内尚处在初始阶段,今后会有越来越多的需求。本文以深圳某同杆4回线出现严重三相不平衡电流现象为切入点,利用EMTDC搭建同塔(杆)多回线路分相电气参数仿真平台进行分析。研究结论为同杆多回线路设计、运行和改造提供有实用价值的建议:
1)同杆多回线导线之间电磁和静电耦合较强,从降低不平衡度的角度设计时应适当加大线路之间距离,从运行的角度,多回线路上潮流差异不宜过大。
2)相序调整可有效降低同杆4回线路不平衡电流,从优化运行的角度建议同杆多回线路采用逆相序排列方式。
3)调整环网内邻近线路相序也有助于降低同杆多回线路不平衡电流。
4)同杆多回线路在环网内运行时,尤其是各回线路间潮流差异过大时,不平衡电流可能急剧增大,可考虑将其开环运行。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
多回平行线路 篇5
随着汕头地区市政建设的快速发展,为了节约走廊用地,供电局不得不大量采用多回线路同杆并架的布置方式,但由于受线路走廊宽度的限制,每回线路的三相导线一般为垂直排列,杆塔高度增加,导致线路遭受雷击的次数增加,避雷线屏蔽性能变差,线路耐雷水平降低,存在两回及以上线路同时闪络跳闸的风险。以汕头供电局110k V红浮线为例,对输电线路反击耐雷性能进行分析、研究。
1 线路状况
汕头供电局110k V红浮线全长4.782km,共21基杆塔,其中N5~N20号杆塔为典型同塔四回线路杆塔,杆塔型号为JGUS4、JGUS5及ZGUS1。JGUS4-18型杆塔几何结构及尺寸如图1所示,其余杆塔结构与其相似,只是尺寸有差异。架空导线型号为LGJX-24030,地线型号为GJX-50。外绝缘配置情况:N6、N9、N16、N18为复合绝缘子110/100,其余杆塔为每串FC100P/146U型号绝缘子8片。全线杆塔高度为30~50m。
2 反击耐雷性能仿真计算方法
EMTP程序利用自带的模块对杆塔、线路、绝缘子串等进行模拟,仿真雷击时线路上的过电压值,因此在防雷计算中得到了广泛的应用。
2.1 杆塔建模
同杆多回线路的杆塔结构较为复杂,需考虑杆塔不同位置的电压及横担和支架对杆塔波阻抗的影响,因此采用Hara多波阻抗模型建模。但Hara模型中未考虑波速的变化,需在Hara多波阻抗模型的基础上综合考虑波速的变化,即主干波速取0.85c,横担取c。计算公式:
式中,ht为杆塔高度;lh为避雷线横担长度。由于横担相对不长,其v值可取为c,而杆塔主体的v仍由上式估算。
当线路杆塔遭受雷击时,杆塔接地体的冲击阻抗明显受流过电流的幅值及频率影响,表现出较强的非线性,采用固定电阻值和IEC推荐的公式来计算接地体的冲击阻抗值:
式中,R0为低频低电流幅值下的冲击阻抗值;I为流过接地体的冲击电流幅值;Ig是使土壤发生电离的最小电流,可表示为:
式中,ρ为土壤电阻率,Ω·m;E0为土壤电离时的场强。
根据Hara多波阻抗模型,4种主要塔型主干波阻抗如表1所示,其中ZGUS1型杆塔波阻抗比JGUS4、JGUS5型要高出很多。
2.2 输电线建模
EMTP中有相应模型对架空及电线线路进行模拟描述。其中常用的线路模型有Bergeron、PI和JMarti等,都是基于传输线理论推导得出的。这几种模型都将线路间的藕合作用加入进去,当避雷线上加雷电流冲击源时,相应相线上有相应的藕合电压、电流出现。此处计算采用JMarti模型。
2.3 感应电压的影响
雷击线路杆塔时,由于主放电通道所产生的磁场迅速变化,将在导线上感应出与雷电流极性相反的过电压,不同计算方法的计算结果相差较大。武汉大学基于场抵消法,根据一定的边界条件推导出了感应电压计算公式:
式中,hc为导线对地平均高度,m;hg为避雷线对地平均高度,m;k0为导线和避雷线间的耦合系数;I为雷电流幅值,k A。
2.4 绝缘子闪络判据
由于作用在线路绝缘上的雷电过电压远非标准波形,绝缘子串在标准波下的伏秒特性并不适用于非标准波下的绝缘强度,因此利用先导发展模型法作为绝缘闪络的判断依据。先导发展法的判据为:当线路绝缘上出现超过某一数值的过电压的时间超过Ts(流注发展时间)时,先导开始发展,其速度v随施加的瞬时电压与剩余间隙长度的变化而变化。当先导贯穿整个间隙长度d时,则认为间隙发生闪络。
2.5 工频电压的影响
在高电压等级下,工频电压对绝缘子串雷电击穿闪络的影响已不容忽视。由于导线上交流周期电压角度的随机性,用统计法在考虑雷击导线时假定雷击出现于交流一个周期期间内的概率相等。于是,确定线路统计耐雷水平概率为:
式中,P为线路统计耐雷水平概率;Pi为线路在各交流电气角度区间内的耐雷水平概率;n为将交流一个周期划分为电气角度区间数,此处取12。
3 反击闪络特性
通过EMTP仿真计算得出各基杆塔的单回、双回反击跳闸耐雷水平,红浮线主干段反击跳闸率闪络分析结果如表2所示。
经计算,110k V红浮线全线总反击跳闸率为0.1次/100千米·年左右,但由表2可以看出,红浮线部分杆塔反击跳闸率较高。N9杆塔的总反击跳闸率较高,其次还有N6、N11、N16、N18号杆塔,这几组杆塔涉及到的杆塔型号有ZGUS1-25、ZGUS1-20、JGUS4-18。
4 影响反击性能的因素
(1)冲击接地电阻的影响。
计算结果表明随着冲击接地电阻的增大,输电线路单回反击跳闸率和双回同时跳闸率都将增加,尤其是对低电阻的影响更明显。对本线路反击跳闸率较高的4种塔型的接地电阻敏感性分析数据见表3。
以ZGUS1-20型杆塔为例,如果冲击接地电阻从10Ω降低到5Ω,总反击跳闸率将下降64.4%,双回反击跳闸率也将下降64.4%。由此可见降低接地电阻,对降低单回、双回跳闸率非常有效。
(2)杆塔高度对反击跳闸率的影响。
杆塔越高,送电线路截获的雷电越多,一方面引雷面积增大,着雷次数增加;另一方面,雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间增长,致使塔顶或横担电位增高,容易造成反击,导致雷击跳闸率增加。3种塔型在接地电阻为5Ω时不同呼称高度下的反击跳闸率见表4。
(3)绝缘配置对反击跳闸率的影响。
反击跳闸是雷击杆塔顶部使塔顶电位与导线电位相差很大,引起绝缘子闪络造成的,因此,绝缘配置对反击耐雷性能影响很大。2种塔型接地电阻为5Ω不同绝缘配置下的反击跳闸率见表5。
由表5可见,绝缘子片数增加时,总反击跳闸率呈明显的下降趋势。因此加强绝缘也是降低反击跳闸率的有效措施。
5 防雷保护措施
5.1 架设耦合地线
在土壤电阻率很高、杆塔接地电阻难降、杆塔机械强度允许的情况下,可考虑在导线下方增设耦合地线。耦合地线的主要作用有:增大各相导线间的屏蔽耦合作用,使绝缘子串电压降低,等值波阻抗减小,因而耐雷水平提高;增加雷击杆塔雷电流的分流作用,使塔顶电位降低。
5.2 塔顶拉线
塔顶拉线具有较大的分流作用,且可以降低杆塔的电感,对抗反击有较好的作用,同时还对导线具有一定的屏蔽作用。为了使拉线起分流作用,必须考虑接地问题;另外要加强塔顶拉线机械强度检查,特别注意地面附近的锈蚀,预防断裂。
5.3 采用多相重合闸
同杆双回线路一个比较突出的特殊问题是双回同时闪络可能引起双回同时跳闸,如果只是在杆塔结构和导线排列上想办法,就只能减少双回同时闪络的次数,而不可能杜绝。国外的运行经验表明,在继电保护上找出路,采用多相重合闸,可以十分有效地限制双回闪络对系统的危害,一般不会引起双回路同时甩负荷,此措施可根本上解除同杆双回线路双回同时跳闸的威胁。
6 结语
在确定线路防雷方式时,应综合考虑系统的运行方式,线路的电压等级和重要程度,线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件,结合实际运行经验,根据技术经济比较的结果,综合采取合理的保护措施,才能提高线路的耐雷性能。
摘要：对输电线路反击耐雷性能进行研究,并针对性地提出降低反击跳闸率的措施。
多回平行线路 篇6
城郊区域110 k V线路更多采用同塔多回钢管塔圆 ( 或方) 横担设计, 其特殊结构给带电检修带来许多困难, 影响了对此类线路的安全运行维护, 开展相应带电作业技术研究很有必要。当前针对110 k V同塔多回线路带电作业技术已有许多研究[1,2,3,4,5,6,7,8], 但研究仅限于铁塔塔型和角钢横担结构类, 对于钢管塔圆 ( 或方) 横担结构的110 k V同塔多回线路带电作业技术研究较少。以下针对作业难度较大的带电更换直线塔悬垂绝缘子串工作进行研究。
1 影响带电作业的因素
同塔双回与同塔四回线路是其典型代表, 导线采用垂直排列方式, 与带电作业技术相关的塔头结构见图1、图2。带电更换悬垂绝缘子串时主要难点集中在进入电场方式和承力工具安装两个方面。
1. 1 导线空间电场布局影响
导线空间布局直接影响作业人员进入电场的方式, 作业时要保持对带电体和邻相导线的最小电气安全距离、相地或相间构成的最小组合间隙才能确保人身安全[9]。带电作业时必需满足规程规定[10]。
1. 1. 1 同塔双回直线塔导线布局
上相导线空间布局见图3, 横担长度2 500mm, 设计一般采用型号XWP3 - 70 结构高度为146 mm的瓷质悬垂绝缘子[11,12], 整串绝缘子及连接金具总长为1 600 mm。
以绝缘子串悬垂线夹为作业参照点, 按上、下、左、右四个方向选择人员进入该电场位置, 技术分析比较见表1。由表1 可知, 作业人员进入电场的最好方式是由塔身借助绝缘平梯沿水平方向自右侧进入作业点, 进入电场示意见图3。当人员处于悬垂线夹位置时, 考虑要更换的绝缘子串长应小于1. 6 m, 以损坏一片绝缘子146 mm计, 绝缘子串绝缘长度降至1 454 mm, 减去规定的相地安全距离1 m后, 人员占有空间尺寸最大为454 mm, 此时的体姿要求对人员作业难度较大不便于作业, 因此线夹处不是人员作业的理想位置。人员置于绝缘平梯某一位置以中间电位法作业的技术要求分析如下:
根据图3 设计结构, 导线布局对带电作业的技术要求为: 按作业人员坐恣 ( 或蹲恣) 身高1m计, 其处于横担与导线间要满足规定的组合间隙1. 2 m时, 距离线夹中心处需要0. 6 m才能保证中间电位人员的人身安全; 扣除作业人员体宽0. 5 m计, 绝缘平梯最小有效绝缘长度为2 m满足规定; 使用的绝缘操作杆最小有效绝缘长度参照绝缘梯距线夹中心0. 6 m加0. 3 m的活动余地[10]确定为0. 9 m。
1. 1. 2 同塔四回直线塔导线布局
上相导线空间布局见图4。所用绝缘子型号及数量与同塔双回线路相同, 绝缘子串及连接金具总长为1. 6 m, 水平方向相邻两回导线间距离为4 m。当人员自右侧水平进至位置三 ( 悬垂线夹) 时, 参照上节同塔双回线路人员在该位置的分析可以得出: 悬垂线夹处不是人员作业的理想位置。
人员置于L型绝缘折叠梯水平段某一位置以中间电位法作业的技术要求分析如下:
根据图4 设计结构, 导线电场布局对带电作业的技术要求为: 参照上节同塔双回导线电场布局分析结果, 绝缘梯水平段上作业人员距离线夹中心水平距离为0. 6 m, 使用的绝缘操作杆最小有效绝缘长度为0. 9 m。
1. 2 横担结构影响
横担与绝缘子串连接部件较少, 采用常规角钢直线塔横担侧金属卡具不能满足作业要求。由于更换绝缘子串时导线侧固定装置可采用现有导线钩卡, 只需研制横担侧新卡具即可。从工具安装简便、承力可靠和通用性好等因素考虑, 确定设计采用横担包围式卡具结构。
2 作业技术研究
2. 1 作业方法
作业方法由作业人员进入电场方式及所使用工器具决定。根据同塔多回线路导线的空间布局, 结合前文分析, 推荐更换不同相的悬垂绝缘子串作业方法, 带电更换110 k V同塔多回线路直线绝缘子串作业方法主要以中间电位绝缘操作杆法为主。当下相导线下方无其它线路等障碍时可采用等电位法作业, 人员电位转移及作业中应满足规定[10]。由前文分析可知, L型绝缘折叠梯在横担侧挂点位置选择距离待更换悬垂绝缘子串挂点2m ~ 2. 2 m处较为合适。
2. 2 更换工具研制
更换同塔多回线路悬垂绝缘子串使用的工器具主要包括横担侧与导线侧金属卡具、丝杠、绝缘拉板 ( 或杆) 。根据横担和连接金具设计要求, 除需开发横担侧金属卡具外, 其余工具均可采用现有工具代替[1,2,3,4,5,6,7,8]。
2. 2. 1 圆横担侧卡具
分析圆横担结构, 选择线路最大典型载荷确定卡具设计荷重, 卡具设计见图5, 采用主体链条式结构。与圆横担接触部分的主体上有三种调整垫块, 可以适应不同直径的圆横担; 一端固定于卡具主体上的金属链条绕过横担后紧系于主体上螺杆中; 与绝缘拉板连接的金属丝杆置于间距为640 mm卡具主体上。卡具采用LC4 铝合金材料制作, 主要技术参数见表3。
由于圆横担卡具为主体与调整块间三种组合结构的三用卡, 其内部所受应力在 φ160 mm圆管组合状态时最大。
2. 2. 2 方横担侧卡具
分析方横担结构, 选择线路最大典型载荷确定卡具设计荷重, 卡具设计见图6, 采用主体金属直杆式结构。位于卡具主体上的两根金属直杆根据横担宽度可进行调节, 尺寸变化在80 mm ~250 mm间, 可适应不同横担宽度。与绝缘拉板连接的金属丝杆置于两端间距离为450 mm的主体上。卡具采用LC4 铝合金材料制作, 设计额定工作荷载为50 k N。
2. 3 作业重点注意事项
带电更换110 k V同塔多回钢管塔线路直线绝缘子串作业除需按现有规定[9]进行现场勘查、制定作业指导书、准备作业工器具等工作外, 还应注意以下问题:
1) 安全距离[10]是保证带电作业安全实施的前提。由于空气间隙和绝缘工具的电气击穿特性与海拔高度和大气条件关系明显[13], 在海拔超过1 000 m不同大气条件下对同塔多回线路作业时应按标准[14,15,16]进行安全距离的修正提高, 以确保作业安全。
2) 由于横担结构的特殊性, 应做好塔上电工的后备保护措施。保护绳一端系于电工身上, 另一端系于塔上牢固构件上。当横担电工需要跨越内侧线路绝缘子串挂点至外侧线路时, 应保证双脚不会发生可能因短接绝缘子串空气间隙而发生触电的危险。
3) 推荐塔上作业电工人数至少为3 名。
4) 作业前应对待更换绝缘子串进行零值检查, 当良好绝缘子片数少于5 片时取消此次作业[10]。
5) 解脱绝缘子串前应重点检查横担侧卡具受力均匀、安装稳固并确认承力工具各连接点连接良好, 并经冲击试验确定绝缘子串载荷已转移至承力工具后方可解脱绝缘子。
3 结束语
多回平行线路 篇7
2007年,厦门电业局研发成功了110 kV线路悬垂绝缘子串带电更换技术,并进行实际应用,取得了良好的效果。该技术于2009年在福建省内九大电业局进行推广应用。现将有关多回同塔110 kV线路悬垂绝缘子串带电更换的方法进行介绍。
1 新带电作业方法的研究
多回同塔架设导线排列方式一般为垂直排列,上相—中相—下相三相导线相距3 500 mm,每相绝缘子串组装长度最长达到2 000 mm,即上相导线距中相横担的距离为1 500 mm。按照《国家电网公司电力安全工作规程》(电力线路部分)中带电作业规定:“带电作业时人身与带电体的安全距离电压等级为110 kV者不得小于1.0 m”,因此作业人员的有效操作空间只剩下500 mm。在实际工程中,作业人员要在这样狭小的空间内进行带电更换绝缘子串是难以完成的。
为了解决这个难题,厦门电业局对此进行了研究。研究的原则是作业过程中作业人员除了要有安全保障,还要操作舒适、效率高,这就要求作业方法必须安全可靠,所研制的工具要轻便实用。即要求作业时作业人员不允许进入横担作业,只能在铁塔塔身范围活动,保证作业人员有充裕的安全活动距离;作业工具的安装以及绝缘子串的更换,全部依靠作业人员操作绝缘工具互相配合来完成。
2 两种新作业方法及其工具
2.1 丝杆吊钩法和弯板卡法
通过对杆塔横担结构及绝缘子串组装型式进行研究,根据不同结构研发出了通用的作业方法和作业工具,即丝杆吊钩法(绝缘子串为单串型式)和弯板卡法(绝缘子为双串绝缘子组装型式)。采用这两种方法进行悬垂绝缘子串的带电更换,作业人员无需进入作业相横担,利用绝缘操作杆即可轻松进行作业工具的安装、悬垂绝缘子串的更换,大大减轻了作业人员的劳动强度和提高了作业人员的安全保障。
1) 丝杆吊钩法工具主要由角钢挂钩、丝杠、绝缘拉杆、绝缘导线钩组成。使用时,将角钢挂钩安装在绝缘子串挂点处角钢,绝缘导线钩卡入导线,利用绝缘操作杆操作丝杠进行提升导线、更换绝缘子串(见图1)。
2) 弯板卡法工具主要应用于绝缘子串为单挂双联安装型式,由弯板卡、丝杠、绝缘拉杆、导线钩组成。使用时,将弯板卡安装在联板上,导线钩卡入导线,利用绝缘操作杆操作丝杠进行提升导线、更换绝缘子串(见图2)。
2.2 工具设计
1) 载荷计算。
直线塔带电更换绝缘子主要考虑导线自重比载和安装条件下风压载荷的向量和。
2) 安全系数。
承力工具整体安全系数为2.5,金属工具安全系数按2.5～3设计。
3) 材料选择。
金属卡具采用LC4高强度铝合金,丝杠及附件采用合金钢(30CrmnSi)。
2.3 工具机电性能试验
1) 机械试验。
绝缘工具及金属工具必须满足带电作业工具的机械要求:
(1) 静荷重试验:2.5倍允许工作负荷下,工具无变形及损伤者为合格。
(2) 动荷重试验:1.5倍允许工作负荷下模拟操作3次,工具灵活、无变形、无卡住现象者为合格。
2) 电气试验。
绝缘工具必须满足带电作业工具的电气要求,经过1 min的工频耐压试验(试验电压为220 kV),不击穿、不闪络、不发热的为合格。
3 新作业方法的应用
利用丝杆吊钩法和弯板卡法对多回同塔110 kV线路悬垂绝缘子串带电更换操作示意图如图3所示。
3.1 丝杆吊钩法带电更换单联绝缘子串的操作步骤
1) 1号地电位电工携带滑车、绝缘传递绳登塔至上相横担适当位置,系好安全带,安装好滑车、绝缘传递绳。安装完成后1号电工下至中相作业相横担与铁塔塔身连接处,选好工作位置,系好安全带。
2) 2号地电位电工登塔至与中相导线同一高度的铁塔塔身处,选好工作位置,系好安全带。
3) 地面电工将后备保护绳、绝缘操作杆吊上塔传递给1号、2号电工。1号、2号电工取好各自的绝缘操作杆,互相配合安装好防止导线脱落的后备保护绳。
4) 地面电工将组装调整好的丝杆吊钩法的工具吊上铁塔,1号电工手持绝缘操作杆将丝杠上的绝缘导线钩安装在中相横担绝缘子串悬挂点附近的角钢上。2号电工手持绝缘操作杆将绝缘拉杆上的绝缘导线钩安装挂入导线,1号电工手持绝缘操作杆操作丝杠提升绝缘拉杆至受力状态。
5) 1号电工手持绝缘操作杆将绝缘传递绳上的绳索钩绑在绝缘子上,2号电工手持绝缘操作杆将绝缘子串导线侧碗头处的弹簧销取出,1号电工继续收紧丝杠提升导线至绝缘子串松弛,检查无异常后2号电工脱开绝缘子与导线的连接。1号电工在地面电工的配合下脱开绝缘子与横担侧连接金具的连接。
6) 塔上电工在地面电工的配合下将绝缘子放至地面并吊上新的绝缘子串。1号、2号电工互相配合将绝缘子与横担侧连接金具连接并插好弹簧销,再将绝缘子与导线侧碗头挂板连接起来并插好弹簧销。1号、2号电工互相配合将绝缘子串、导线恢复到运行状态。
7) 拆除工具,操作人员下塔。
3.2 弯板卡法带电更换双联绝缘子串的操作步骤
1) 1号地电位电工携带滑车、绝缘传递绳登塔至上相横担适当位置,系好安全带,安装好滑车、绝缘传递绳。安装完成后,1号电工下至中相作业相横担与铁塔塔身连接处,选好工作位置,系好安全带。
2) 2号地电位电工登塔至与中相导线同一高度的铁塔塔身处,选好工作位置,系好安全带。
3) 地面电工将绝缘操作杆吊上塔,稳妥传递给1号、2号电工。
4) 地面电工将组装调整好的弯板卡法的工具吊上铁塔,1号电工手持绝缘操作杆将丝杠上的弯板卡安装在中相横担绝缘子串悬挂的二联板上,并锁好插销。2号电工手持绝缘操作杆将绝缘拉杆上的导线钩安装挂入导线,1号电工手持绝缘操作杆操作丝杠提升绝缘拉杆至受力状态。
5) 1号电工利用绝缘杆将绳索钩绑在绝缘子上,2号电工利用绝缘操作杆取出绝缘子串导线侧碗头处的弹簧销。1号电工继续收紧丝杠提升导线至绝缘子松弛,2号电工用绝缘操作杆脱开绝缘子与导线的连接。1号电工与地面电工互相配合脱开绝缘子与二联板连接金具的连接。
6) 塔上电工在地面电工的配合下将绝缘子放至地面并吊上新的绝缘子串,2号电工与1号电工配合利用绝缘操作杆将绝缘子与横担侧连接金具连接并插好弹簧销,再将绝缘子与导线连接起来并插好弹簧销,1号电工利用绝缘操作杆将绝缘子、导线恢复至运行状态。
7) 拆除工具,操作人员下塔。
4 应用效果
从2009年1月起,福建省电力公司开展110 kV线路多回同塔架设绝缘子串带电更换作业方法和作业工具的推广应用工作,各电业局应用新作业法的情况统计见表1。
注:2009年对运行时间达8 a以上的内楔式合成绝缘子进行带电更换抽检,掌握该类合成绝缘子的运行动态。
通过加大对新带电作业技术的宣传,制定了带电更换双回同塔绝缘子串的操作规程,聘请相关带电作业技术专家进行授课和技术指导,强化 了带电作业技术技能培训,在全省实施多回同塔带电作业技术技能实际操作,有效地控制电网缺陷消除率和及时率,达到了预期目标,并取得了显著效果。
5 结语
通过对多回同塔架设的110 kV线路悬垂绝缘子串带电更换的攻关和实际操作,所研发的工具和作业方法具有以下特点。
1) 两种作业方法和配套的工具适用于110kV线路多回同塔架设悬垂绝缘子串的带电更换。所研制的工具轻便、安全,作业效率高,减少了线路停电时间,提高了电网运行可靠性。
2) 该项目的应用成功,为多回同塔架设110kV线路悬垂绝缘子串的带电更换作出了贡献, 为带电作业的开展提供了广阔的空间。
摘要：针对多回同塔110 kV线路铁塔塔头尺寸小,利用常规带电作业方法难以进行绝缘子更换的难题,研究出了两种带电作业方法和作业工具。阐述了这两种作业方法的研究原则和操作步骤。通过在福建省的推广应用证明了这两种方法有效地解决了多回同塔110 kV线路悬垂绝缘子串带电更换的难题。
关键词：多回同塔线路,丝杆吊钩法,弯板卡法
参考文献
[1]丁一正,谈克雄.带电作业技术基础[M].北京:中国电力出版社,1998.