张志峰，王永豪

（国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032）

0 引言

2011年2月2 8日，由我国自主设计、建造的世界首条±660 kV银东直流输电线路双极投入满负荷运行。根据投运以来银东线的停电情况，每年停电时间6 d左右，达到144 h，输电量减少5.76×108 kW·h，每度电价格收入按照0.2元估算，将减少1.15亿元，并且停电甩负荷过程对设备的冲击也较大，影响设备的使用寿命。由此可见，进行带电作业在提高供电的可靠性、减少停电造成的损失、提高经济效益、保证电网安全稳定运行等发挥着举足轻重的作用。

1 带电作业的基础研究

带电作业是指在高压电力设备上不停电进行检修、测试的一种作业方法。±660 kV直流超高压输电线路较一般超高压线路而言，具有运行电压更高，场强更大，杆塔尺寸大，绝缘子片数更多，输送容量大，一直满负荷运行，线路走廊区域复杂的特点。另外，其导线型号、线路塔型、绝缘子长度、作业位置都与一般超高压线路有根本性的差异，因此，需要针对±660 kV直流超高压输电线路开展带电作业安全性及可行性研究。

1.1 带电作业的绝缘配合

根据带电作业绝缘配合导则的规定，220 kV及以下电压等级的带电作业绝缘配合采用惯用法，330 kV及以上电压等级的带电作业绝缘配合采用统计法。±660 kV银东直流输电线路双极运行方式下有直流极对地短路和逆变站甩负荷产生的过电压，其中最大过电压出现情况是当线路中点一极发生接地故障时，在健全极上产生的过电压[1]。从安全角度考虑，直流线路带电作业绝缘配合应该采用简化统计法根据直流线路最大操作过电压进行研究。根据运行情况，当接地电阻取5Ω，运行电压按照最高运行电压±680 kV选取，那么当发生单极接地故障时，离线路中点±10 km范围内操作过电压的标幺值为1.75，±10 km范围外过电压的标幺值为1.62[2]，银东线全线长约1 333.257 km，从安全与经济方面考虑，可以根据操作过电压的标幺值为1.75来分析确定电气间隙。

1.2 带电作业的安全距离研究

带电作业安全距离指的是为了保证人身安全，作业人员与带电体之间所应保持各种最小空气间隙距离的总称。包括最小间隙距离和工作人员允许的活动范围，分为最小安全距离、最小相间安全距离、最小对地安全距离、最小安全作业距离、最小组合间隙距离。要确定带电作业安全距离，就应该从影响电气间隙的因素着手，需要考虑海拔高度、杆塔结构、电压极性、放电间隙外形等，其中，间隙的外形影响较为显著。带电作业过程中由于工作位置及杆塔结构的变化会产生各种不同的间隙类型。根据银东线的杆塔特点，直线塔以银东线1415号为例，耐张塔以银东线1419号为例确定以下两种典型情况，即图1所示的直线塔带电作业模型，图2所示的耐张塔带电作业模型。

图1 直线塔带电作业模型

图2 耐张塔带电作业模型

如图1所示，模型中包括：位置1为侧面塔身地电位工作人员与极导线结构，间隙距离S1；位置2为导线上方横担处地电位工作人员与极导线结构，间隙距离S2；位置3为等电位工作人员分别与侧面塔身、上方横担的组成结构，间隙距离分别为S1，S2；如图2所示位置4为耐张塔导线挂点附近地电位，分析人员与其下方引流线间的间隙距离；位置5为耐张串中处于中间电位工作点，主要考虑组合间隙；位置6为耐张塔等电位工作点，分析工作人员与塔材间最近距离。不论直线塔还是耐张塔，工作人员在进入等电位的过程中都会产生组合间隙，需要根据实际情况进行分析。

针对±660 kV直流超高压试验示范工程，国网武汉高压研究所已经进行了大量试验研究工作，初步提出了±660 kV直流超高压输电线路的带电作业安全距离[3]。前已叙及±660 kV直流输电线路带电作业出现的最大操作过电压标幺值为1.75，基于此结论可以初步确定杆塔空气间隙见表1。

表1 各种典型模型对应的最小安全距离m

耐张塔作业人员沿着绝缘子串进入电场或者处于中电位更换绝缘子情况下，当海拔在1 000 m以下时，考虑由人体短接和低零值绝缘子后，良好的绝缘子应该保证总长度不低于4.7 m。结合银东线实际情况，本线路采用的瓷质绝缘子的公称结构高度为0.24 m，则良好绝缘子片数应大于20片，当海拔高于1 000 m时，需要相应增加，应不小于22片。±660 kV直流输电线路的耐张塔绝缘子串片数平均在65片，能够保证带电作业的安全。

2 带电作业人员的安全防护

由于±660 kV直流输电线路场强较大，为保证作业人员安全，需要对其电磁环境进行分析。

2.1 电流的防护

当作业人员的人体被串接于闭合电路中，就会通过电流，大小为I=U/Zt，Zt为人体总阻抗，包括皮肤阻抗和内阻抗，其中内阻抗为阻性，皮肤阻抗为阻容网络，随电压、频率、电流持续时间、接触压力、接触面积、皮肤温度和湿度变化而变化，人体阻抗因人而异，一般按1 000Ω计算。电击对人体造成损伤主要是流经人体的电流大小，分为暂态电击和稳态电击，稳态电击时，人体生理反应分为感知、震惊、摆脱、呼吸痉挛和心室纤维性颤动。在产生感知反应条件下，男性的电流阈值为1.1 mA，女性为0.8 mA。而心室纤维性颤动是造成人身死亡的根本原因，男、女性产生心室纤维性颤动生理反应时的电流阈值均为100 mA[4]，综合考虑，我国规定人体的电流安全限值为1 mA。

2.2 电场的防护

带电作业人员在进行带电作业过程中，随着到达工作位置路径的变化，体表的电场强度在逐渐变化；同时由于身体部位不同，体表场强也不同，身体的某些尖端部位场强较高，比如鼻尖、头部、手脚指等，因此需要以这些部位为基础，结合最高场强出现的工况进行具体分析。在建立的典型模型的基础上，地电位条件下，当作业位置处于导线正上方的地电位中，体表场强较大；而等电位条件下，体表场强达到最大。对于交流电场，我国已经有了深入研究，因为当交流电场强度高于240 kV/m时，人体皮肤会开始感知，出现不适，我国标准规定交流线路的带电作业需要将电场强度控制在240 kV/m以内，屏蔽服内部场强控制在15 kV/m以内。直流线路产生的是合成电场，这是与交流线路的根本区别。合成电场强度的计算需要利用Deutecsh假设，根据逐步镜像法计算出的标称场强值绘制电场线，然后通过电场线积分法求出合成场强[5]，根据计算结果可知，双极运行方式下，合成场强分布关于线路中心对称。当走廊宽度68 m边缘处的地面合成场强将小于15 kV/m[6]。根据±660 kV直流输电线路实际情况测量结果显示，手部场强比其他部位更高，在场强最高的条件下将超过500 kV/m，远远超过了人体感知水平，必须采取屏蔽措施，但是当直流电场与交流电场的电场值相等时，人体对交流电场的感知更敏感。因此，从安全角度考虑，带电作业人员的场强限定值的标准，直流可以采用交流的规定。

2.3 离子流的防护

由于直流输电线路双极运行中在空间会产生定向的电场，离子流是空间电荷在直流线路附近电场中定向移动形成的。这是直流线路的特殊之处，带电作业范围内离子流的研究和防护也是重点。离子流的计算要用弦截迭代法根据合成场强的计算值获得。根据计算结果可知，双极运行方式下，离子流分布关于线路中心对称。当走廊宽度68 m时，边缘处的地面离子流密度远小于100 nA/m2。导线下方离子流密度将控制在100 nA/m2以内[5]。同样，人体对直流电流的感知要低于对交流电流的感知，带电作业标准中规定了屏蔽服内长期通过人体的电流不得大于50μA，从安全角度考虑，这一规定也可以作为直流带电作业参考。

3 作业人员的防护用具

通过对直流输电线路周围的合成场强及离子流环境的分析可知，要保证±660 kV直流线路带电作业人员的体表场强及流过人体电流值处于安全范围内，必须采用屏蔽服。从我国现有的屏蔽服来看，±500 kV及以下电压等级使用的屏蔽服没有面部保护，已经不能适应±660 kV直流线路带电作业要求，随着大家对特高压线路及直流线路的研究，目前国网电力科学研究院已经研发出±660 kV直流线路专用屏蔽服[3]，为±660 kV直流输电线路带电作业提供了保证。

3.1 屏蔽服

屏蔽服使处于等电位中的工作人员体表形成等电位屏蔽面，成套的屏蔽服包括帽子、上衣、裤子、袜子、手套、鞋及其相应的连接线和连接头。通过对±660 kV直流线路的合成电场及离子流等电磁环境研究，再利用三维有限元法计算工作人员体表的电场分布及强度可知，当人员处于地电位及进入电场过程中时，其体表的场强一般低于200 kV/m，而当人员进入等电位后，处于分裂导线外的头部、手部等尖端部位场强一般为450～800 kV/m。±660 kV直流线路带电作业用的屏蔽服需要加装屏蔽面罩，从人对直流的感知度小于交流方面考虑，将我国标准规定的交流屏蔽服参数运用于直流线路，更符合安全要求。适用于±660 kV直流输电线路屏蔽服的主要参数：屏蔽服内体表场强不大于15 kV/m，面罩的内部最大场强不大于240 kV/m，屏蔽效率要保证不小于40 dB，整套屏蔽服最远端间电阻不得高于20Ω，流经工作人员的电流不大于50μA，屏蔽服衣料熔断电流应高于5 A，且任何部位温度控制在50℃之内[7]。

3.2 电位转移棒

当工作人员即将进入电场时，随着电位转移，电弧可能会威胁工作人员的安全。在带电作业过程中，将电位转移棒连接在屏蔽服上，当与带电体距离达到0.5 m左右时，将电位转移棒的挂钩部连接于导线，实现电位转移，此时工作人员已经处于等电位中，使得进入电场更加安全。

4 进入电场的方式分析与比较

我国的第一条±660 kV直流超高压试验示范工程，直线塔为“T”型，绝缘子采用“V”型连接，耐张塔为“干”字型，绝缘子采用双联“L”型。根据这种结构特点来进一步研究作业人员进入电场的方式。

带电作业进入电场方式较多，银东线直线塔为“V”型绝缘子串，方式可选择绝缘吊篮法、绝缘软梯法、吊椅法等。进入耐张塔可选择绝缘软梯法、沿绝缘子串法等。不同的方法适合不同的作业要求及条件，需要根据作业点、工作效率、安全性等综合考虑。绝缘吊篮法需要准备工作较多，但工作人员体力消耗少，适于较长的绝缘子串。绝缘软梯法对工作人员的体能要求高，若从横担下降至导线，人头部与横担将会形成“棒—板”结构的不均匀电场，安全度有所下降，但如果处理档距中央缺陷，从地面沿软梯进入电场可能更方便。绝缘滑轨吊椅法对绝缘导轨的刚度要求高，从目前情况来看，对于±660 kV直流线路这种结构较大的杆塔不建议采用。耐张塔中常见的沿绝缘子进入电场方法较为简单，但需要保证满足标准规定的良好绝缘子片数要求。

5 作业方式的内容和工具

依据±660 kV银东直流线路特点，杆塔结构尺寸较大，吨位大，档距较长，大部分处于高海拔地区，线路走廊区域情况较为复杂，导线首次采用4×JL/G3A-1000/45型大截面导线，绝缘子较长，直线串均为复合绝缘子，长度可达9.2 m，这些变化都要求作业工器具具备更强的机械性能。

5.1 绝缘拉吊工具

随着杆塔重量的增加，导线、金具型号的变化，拉吊工具不仅需要保证绝缘长度，满足电气要求，还需要提高荷载能力，满足机械性能要求。对于电气性能，用于±660 kV直流输电线路的绝缘长度不得低于5.3 m；机械性能方面，破坏荷载需要提高到允许荷载的3倍甚至更高。

5.2 耐张绝缘子卡具

±660 kV直流超高压输电线路采用铝截面达1 000 mm2的大截面导线，相应的耐张塔采用U550BP/240H型的绝缘子，额定机电破坏负荷达到550 kN，那么与之配套的绝缘子卡具材料的选择需要向质量轻、强度高的方向发展，如钛合金材料。生产工艺也要随之进一步优化改进，结构系统应该融入液压系统，降低带电作业人员的工作强度。

5.3 托瓶工具

±660 kV直流超高压输电线路的耐张绝缘子串大多采用60片—76片550 kN瓷质绝缘子，公称结构高度为0.24 m，其串长约14.4～18.24 m，加上金具最长约20 m。这种托瓶架的总长度约20 m，结构需要考虑分段式，材料要满足机械强度及刚度要求，应进一步进行研究和试验，才能满足带电作业的要求。

6 结论

我国在高压、超高压输电线路已有50余年的带电作业经验，直流输电线路带电作业实践，初步试验分析，±660 kV直流超高压输电线路进行带电作业是可行的，采取必要的安全措施和作业人员防护措施，作业的安全性是能够得到保障的。±660 kV直流输电线路带电作业的安全防护和工器具还需进一步研究改进。从目前发展形势来看，结合直流线路特点，高强度材料的研发，高海拔地区带电作业技术研究，直升机带电作业研究及其配套工器具的研发将是未来直流线路中努力的方向。

[1]袁清云．特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J]．电网技术，2005，29(14)：1-3．

[2]刘洪正，刘凯，孟海磊，等.±660 kV直流输电带电作业安全距离的试验研究[J].电网技术，2011,35(11):183-189.

[3]胡毅，王力农，刘凯，等.1000kV交流特高压线路带电作业安全防护研究[J]．高电压技术，2006，32(12)：74-77．

[4]易辉，纪建民.1 000 kV交流特高压输电线路的带电作业[J].电力设备，2006，7(7):27-29.

[5]王毅，邓伟妮，汤涛，等.±660 kV宁东直流输电线电磁环境特点[J]．电网与清洁能源,2009(12):29-32.

[6]刘洪正，刘凯，孟海磊，等.±660 kV直流输电带电作业安全距离的试验研究[J].电网技术，2011，35(11):183-189.

[7]杨新法，刘洪正，孟海磊，等.±660 kV直流输电带电作业安全防护的试验研究[J].电力建设，2012，33（3）:1-5.