余波明，康宇斌，田 雁，唐 军，谢 伟

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 淮安223001）

1 概述

1 000 kV交流紧凑型单回输电线路输送容量大、占用走廊小、经济效益显著。由图1中1 000 kV交流常规线路和紧凑型线路的塔窗间隙所示，紧凑型线路的塔头间隙比常规小，无疑增加了带电作业的危险性［1，2］。

图1 1 000 kV单回输电线路窗口间隙图

目前，国内外针对1 000 kV交流紧凑型输电线路带电作业方面研究的主要对象集中在超高压及以下的常规输电线路［3－6］。文献［7］、［8］对1 000 kV紧凑型输电线路带电作业典型工况进行了1∶1模拟塔窗试验，根据带电作业安全距离的放电特性，得到等电位作业人员最小安全距离。文献［9］中规定了1 000 kV单回交流输电线路带电作业的技术要求，其中规定了带电作业的最小组合间隙。文献［10］测量了各典型作业位置的体表场强，通过试验的方法得到1 000 kV常规输电线路上带电作业的安全防护要求。

综上所述，国内外针对1 000 kV交流紧凑型输电线路带电作业的研究主要集中在带电作业最小安全距离的确定方面，虽然其进入等电位方法的研究很少，但是现有的研究结论和方法可以作为参考。

2 1 000 kV交流紧凑型单回输电线路带电作业进入等电位路径

输电线路带电作业进入等电位通常采用吊篮法、攀爬软梯法和硬梯法，由于1 000 kV输电线路电压等级高，塔窗间隙较低、电压等级大，因此采用硬梯法进入等电位对硬梯的绝缘长度要求较高，且不方便携带。本文通过计算吊篮法和攀爬软梯法时，作业人员在几个典型作业位置的组合间隙，得到适合该线路的进入等电位路径。

2.1 选择进入等电位路径

1 000 kV交流紧凑型单回输电线路的塔窗间隙尺寸如图2所示。

根据塔窗间隙尺寸，由于下相导线距离横担的距离大于上相导线，而且上两相导线左右完全对称，因此本文仅对进入上相右侧导线等电位方法进行研究。

作业人员采用吊篮法和攀爬软梯法进入等电位，各方法的三个典型工况如图3和图4所示。

图2 1 000 kV交流紧凑型单回线路塔窗间隙尺寸

图3 吊篮法进入等电位示意图

图4 攀爬软梯法进入等电位示意图

各典型工况的具体位置如表1所示。

表1 各典型工况的具体位置

2.2 计算组合间隙

根据文献［8］和文献［11］，作业人员通过绝缘子工具进入等电位时，应该满足的最小组合间隙如表2所示，表中数值不包括人体占位间隙，作业中需考虑人体占位间隙不得小于0．5 m。

表2 最小组合间隙 单位：m

根据图2的塔窗窗口间隙尺寸可知，右侧上相导线距离右侧塔体的最小距离为8．2 m。采用吊篮法进入上相导线的组合间隙为Sc1，Sc1＝S1＋S2。采用攀爬软梯法进入上相导线的组合间隙Sc2，Sc2＝S1＋S2。

分别计算几个典型工作位置的组合间隙，总结如表3和表4。

表3 组合间隙Sc1 单位：m

综合上表结果，采用攀爬软梯法，中间电位时的组合间隙大于采用吊篮法，因此进入上相导线采取攀爬软梯的方法。

作业人员进入等电位过程应采取合理的安全保护措施，穿戴合适的安全屏蔽服。因此需要根据作业人员人体表面电场强度的大小，来选择屏蔽效率合格的屏蔽服。本文采用仿真计算的方法获取人体表面电场强度的大小分布。

3 1 000 kV交流紧凑型单回输电线路人体表面场强分布计算

3.1 有限元基本理论

在三维电场求解中，以标量电位Φ作为待求量，并配以正确的边界条件作为定解条件。三维电场满足的方程如下［12］

式中，Φ（x，y，z）为三维电场的标量电位；εr（x，y，z）为三个方向矢量上的相对介电常数；ε0为真空的介电常数；ρv（x，y，z）为体电位密度。

在Maxwell 3D的电场模块中求解的是三维标量电位Φ，一旦标量电位值求解得到，可以由麦克斯韦方程组直接得到电场强度E和电位移矢量D，这两个基本场量值可以由下式计算得到。

此外，电流密度J也可由三维标量电位Φ计算得到，如下式所示。

在三维电场中的激励源和边界条件与二维电场一致。

3.2 人体周围场强仿真计算

本文在计算人体表面电场分布时，材料属性定义方面，各部分所选取的主要材料如下，铁塔定义为钢，而导线定义为铝。材料属性定义如表5所示。

表5 材料属性定义

仿真计算中人体模型的各部分参数为：人体总高度为170 cm，其中：头部为圆球，半径10 cm；颈部为圆柱，半径8 cm，高7 cm；腰部为圆柱，半径16 cm，高65 cm；腿部为圆柱，半径10 cm，高80 cm。

考虑到作业人员可能出现的最危险的情况，仿真的人体采用两手向外伸出的姿势，并且在右侧上相导线加载高电压［12］。由于分裂导线的内部不影响作业人员人体表面电场强度的分布，因此仿真计算时采用一根导线代替分裂导线。等效半径的计算公式如下：

式中，req为等效半径，mm；m为导线的分裂数；r为常数，r＝13．41；d为导线半径，mm。

本文研究的1 000 kV交流紧凑型输电线路的导线采用10分裂导线，导线直径为300 mm，导线间距为400 mm。根据公式计算得到的等效半径为284．84 mm。

建立与1 000 kV交流紧凑型输电线路和人体的实体比例为1：1的三维模型。仿真计算作业人员在位置3时的人体表面电场强度，仿真计算结果如图5所示。

图5 人体周围电场强度分布

根据仿真计算结果，作业人员各个部位电场强度大小如表6所示。根据表6中的结论可知曲率半径小的部位电场强度较高，比如腿部、头部、手尖。

表6 人体各个部位体表场强大小分布单位：kV／m

根据文献［13］规定，交流线路带电作业人员屏蔽服内最大交流场强≤15 kV／m。屏蔽效率的计算公式如下：

式中，SE为屏蔽效率，dB；E1为屏蔽服装表面电场强度，kV／m；E2为屏蔽服内电场强度，kV／m。

根据计算公式，作业人员穿戴60 dB的屏蔽服，手尖处的场强大小为9．98 kV／m，则其他身体部位的电场强度均满足屏蔽服内≤15 kV／m的规定要求。因此，作业人员穿戴屏蔽效率为60dB的屏蔽服可以满足进入1 000 kV交流紧凑型单回输电线路等电位的要求。

4 结 论

等电位作业人员采用攀爬软梯法进入1 000 kV交流紧凑型单回输电线路上相导线过程中，不要将头和手向外伸出，穿戴60 dB的屏蔽服可以满足作业要求。