带电安装220kV输电线路避雷器技术研究

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【摘要】本文针对220kV输电线路杆塔带电安装避雷器带电作业新项目进行分析研究，通过对避雷器性能试验、安全距离计算、可行性分析，确定了带电作业的方法、操作步骤和安全注意事项，解决了带电安装线路避雷器的技术难题，提高了输电线路可靠性。

【关键词】输电线路；避雷器；带电作业；方法

0前言

江西省地貌是以丘陵、山地为主，雷电活动频繁，受此因素影响架空输电线路雷击跳闸率居高不下，严重影响着电网安全运行。为了减少因雷害引起输电线路故障跳闸，确保架空输电线路的可靠运行，江西省电力公司全面实施架空输电线路差异化防雷改造试点工作，由于线路用复合外套氧化锌避雷器是一种性能优异的过电压保护设备，目前广泛应用在雷电活动频繁地区架空输电线路上，对降低架空输电线路雷击跳闸率效果明显，计划在我公司管辖的5条220kv输电线路上安装线路避雷器165支。因涉及需停电的220kV输电线路较多，给电网运行方式安排造成较大困难，为保证供电可靠性，部分输电线路杆塔的避雷器安装工作需通过带电作业方式进行。220kV输电线路带电安装避雷器技术在江西电网尚属空白阶段，为此公司领导高度重视，组织相关专业人员成立技术攻关小组，针对开展带电作业的输电线路及杆塔，进行现场勘察、资料收集、计算分析、科学试验和模拟操作，确认了项目的可行性，并成功运用于实际生产中。

1避雷器的特性、结构和技术参数

１．１避雷器特性

赣西电网安装的输线路避雷器为有串联间隙复合外套金属氧化物线路避雷器。以宁波国创高压电器公司YH10CX-204/592型（220kV）氧化锌避雷器为例介绍避雷器相关技术参数。该避雷器由本体和外串联间隙组成。避雷器本体采用的非线性金属氧化锌（MOA）电阻片作芯体；外绝缘材料为硅橡胶，具有良好的机械性能和电气性能，两头用电极压紧密封而成。

避雷器伏安特性分为三个区域：区域1为小电流区，电流在1mA以下，非线性系数较高，曲线较陡峭，正常运行相电压下，氧化锌阀片工作于小电流区，其阻值很大，相当于绝缘体；区域2为工作电流区，工作电流在10-3～3×103 A之间，非线性系数较小，此区域伏安曲线比较平坦；区域3为饱和电流区，此区域中非线性系数较大，伏安特性曲线较为陡峭。

1.2避雷器结构

YH10CX-204/592型线路避雷器本体长为3.7m，中间由直角挂板相连。避雷器长为1.871m与0.96±0.2m长的外串联间隙相连，上节首端由16mm2塑铜导线引至雷击计数器表上。为了使避雷器能够安装在杆塔上，避雷器上端（低压端）通过支架（或直接由U型挂环）固定在横担塔材上，尾端（高压端）通过联接金具固定在运行导线上。

１．３避雷器主要技术参数

220kV输电线路安装的带外间隙复合外套金属氧化物避雷器型号为：YH10CX-204/592型，其技术参数：额定电压为204 kV；标称放电电流为10 kA；直流1mA参考电压为296 kV；雷击冲击残压峰值为592 kV；方波通流容量为600 A；大电流冲击耐受为100 kA；伞型外径为219 mm /189 mm /99 mm /56 mm；爬电距离为5156 mm；1min工频耐受电压(有效值)≥370 kV；避雷器重量（含间隙棒、金具）为53 kg。

１．４避雷器正常使用条件

A、环境温度不高于+45℃，不低于-40℃；

B、太阳光辐射强度：0.11w/cm2；

C、海拔高度≤2000米；

D、交流电源频率：50Hz；

E、月相对湿度平均值≤90%；

F、最大风速≤35m/s；

G、地震烈度7度及以下地区；

H、覆冰厚度≤20mm；

I、Ⅳ级以上重污秽地区。

２带电作业安全距离

220kV电压等级输电线路过电压按可能出现的最大过电压考虑，根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，确定220kV线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.。根据GB/T19185-2003《交流线路带电作业安全距离计算方法》，可确定其带电作业最小安全距离。

根据计算，可得绝缘间隙的统计耐受电压U90%

相-地U90%=ksU2%=1.1×3.0×252×■/■=678.99kV

相-地U90%=ksU2%=1.1×（1.33×3.0+0.4）×252×■/■=993.60kV

则最小电气安全距离为：

相-地Dmin=2.17[e■-1]m

相-相Dmin=2.17[e■-1]m

其中综合系数kt=kdkgka，若取标准偏差系数kd=0.936；相地间隙系数kg=1.2，相间间隙系数kg=1.45 ；海拔修正系数ka=0.973（海拔高度为500mU90%在600～799kV时的海拔修正系数），ka=0.980（海拔高度为500mU90%在800～999kV时的海拔修正系数）。

经计算相对地最小电气安全距离：1.687m，相间最小电气安全距离：2.164m。按上述计算结果，还应适当考虑设备而净空间条件和人身活动范围、中间电位导体占位长度等因素，结合国网公司《电力安全工作规程》中带电作业安全距离要求。

综上所述，确定220kV输电线路带电作业最小安全距离：

相-地：1.8m；相-相：2.5m；组合间隙：2.1m

3项目可行性分析

根据输电线路实际情况对220kV带外串间隙型线路避雷器工频耐受电压研究，包括整体避雷器工频耐压试验和串联间隙工频耐压试验，根据试验结果确定带电安装的安全性。

3.1避雷器试验情况

通过江西省电力科学研究院对宁波国创高压电器公司送检的220kV带外串间隙YH10CX-204/592型线路避雷器进行带间隙工频耐压试验，避雷器总长为3.700m，避雷器本体长为1.871m，外串联间隙为0.96±0.2m，得出避雷器50%工频放电电压为394kV。

在安装避雷器之前，进行规定的电气试验。要测量直流1mA以下的电压U1mA及电压为75%U1mA以下的泄漏电流，为此公司高压试验班对YH10CX-204/592型线路避雷器进行了该项目试验 ，测量结果发现直流参考电压U1mA为300 kV，0.75U1mA漏电流Id为8.0μA。

３．２带电安装可行性分析

避雷器要带电安装前，应先计算一下实际作业的安全水平。220kV带电作业从绝缘配合的角度主要考虑操作过电压和工频暂态过电压。习惯做法就是把系统可能出现的最大操作过电压幅值，作为带电作业可能遇到的内过电压值。

操作过电压的幅值：

U■=■K■K■=■2.6×1.15=537(kV)

整支避雷器工频耐受电压(有效值)为394kV，则其峰值为U■=394×■=557kV＞537kV，故此时避雷器在带电作业中可满足承载电压要求。

又因避雷器在0.75U1mA=300kV泄漏电流=14μA，小于带电作业要求：较长时间通过人体电流可允许在0.1mA。同时根据避雷器氧化锌伏安特性曲线图可知，MOA阀片运行于1区域，此时避雷器为高阻抗状态，避雷器本体此时看作是绝缘器材。

由避雷器结构和避雷器结构图可知，避雷器最大有效绝缘长度：L=0.96+1.871=2.831m

根据上式计算可知避雷器安装最大有效绝缘长度L满足带电作业最小有效绝缘长度2.1 m（如海拔高度超过1000m需考虑修正系数）要求。综上所述，YH10CX-204/592型避雷器可带电安装。

通过理论分析、参数实验和实践证明：带电安装线路氧化锌避雷器具有可行性。

４带电安装避雷器进、出电场的途径和方法

本次实施带电安装避雷器项目在220kV白吉线，安装杆塔为220kV单回路直线杆塔，杆塔类型为主： Z∏直线砼杆、ZM直线铁塔两种，以这两种塔型为代表，为了保证在安装时有足够的安全距离，需要对不同线路铁塔类型塔头空气间隙进行计算、核实。如满足带电安装避雷器条件，其它均可满足。所以，按这两种塔型为例，根据塔头间隙的大小确定等电位人员进、出电位的途径和方法。

220kV输电线路带电作业采用的进、出电位的方法主要有以下几种：

（1）沿绝缘子串进入法；（2）绝缘立（挂）梯进入法；（3）吊篮进入法；（4）绝缘平梯进入法；（5）绝缘软梯进入法。

（1）沿绝缘子串进入法

主要适用于耐张塔和绝缘串较长（组合间隙满足要求）的作业，本项目为直线杆塔，不能采用。

（2）绝缘立（挂）梯进入法

主要适用于输电线路导线上的带电作业，由于绝缘立（挂）梯长度有限（≤20m），加之所需安装避雷器220kV直线杆塔多位于山区，杆塔较高、地形复杂，且梯身较长，重量大，不易安装，费时费力，不采用。

（3）吊篮进入法

在塔头空气间隙足够大时，适用于500kV直线、耐张塔跳线悬垂串上的作业，由于220kV输电线路多为单导线，吊篮多采用绝缘绳索类工具进入电场，作业人员在导线上不易安装，作业人员劳动强度大，不采用。

（4）绝缘平梯进入法

塔头空气间隙较大时，适合220kV直线和耐张杆塔绝缘子串的作业。

在工作杆塔上安装平梯长L≥5000mm，平梯结构尺寸60×40椭圆环氧管，中心距宽B=350，平梯前端挂在下导线上，后端用绝缘绳固定在塔身上。

等电位作业人员进出电位时通过平梯直接到达电场，杆塔尺寸（3m）大于组合间隙 （2.1m)安全要求，但安装避雷器后退出电场时会占据避雷器间隙尺寸，对人身安全产生影响。

适用于220kV单回输电线路杆塔中相带电安装避雷器

（5）绝缘软梯进方法

塔头空气间隙较大时，适合220kV单回线路（双回仅限下相）直线和耐张杆塔绝缘子串的作业。

在杆塔导线上安装绝缘软梯，软梯由梯头、绝缘绳梯连接组成，铝合金梯头挂在导线上，绝缘绳梯尾端下垂至地面。

等电位作业人员沿绝缘软梯垂直进入电场，杆塔尺寸（3m）大于组合间隙 （2.1m)安全要求，安装避雷器及退出电场时，作业位置在避雷器安装位置相反方向，作业不会占据避雷器间隙尺寸，满足作业安全要求。

5作业方案

５．１作业方法

地电位与等电位配合软梯作业法。

5.2适用范围

适用于220kV单回（单回水平排列）直线砼杆避雷器的安装工作。

５．３人员组织

本作业项目工作人员共计8人。其中工作负责人（监护人）1人，塔上电工2名、等电位电工1名、地面电工4名。

５．４工器具配备

绝缘传递绳（TJS-B-12-F）3根，支架固定绝缘绳（GJS-B-12-F）1根，绝缘软梯（220KV）1副，绝缘操作杆（Ф30×4.5m）1根，绝缘滑车（JH5-1K）2只，绝缘绳套（Ф14）2根；软梯架（TR-2）1副，跟头滑车（GDH-1）1只，绝缘扳手（BY-3）4把，拔销钳3把；安全带（带后备保护绳）4根，安全帽8顶，屏蔽服（Ⅰ型）3套，导电鞋3双；绝缘测试仪（RST2000）1台，测湿风速仪（衡欣8909）1台，万用表1块，防潮苫布（2.5×4.5m）1块，个人工具包2只，工具袋4只，脚扣（Ф300或400）2副。

５．５作业程序

（１）办理工作许可手续，核对线路双重名称和杆号、杆塔检查，现场作业环境测量，工器具组装检查、绝缘测试，屏蔽服连接检查、电阻测量，做好准备工作。

（２）塔上作业人员携带绝缘传递绳登塔至横担位置，系好安全带，挂好绝缘传递绳。

（３）地面电工配合塔上作业人员在导线上安装绝缘软梯，并吊上避雷器支架，塔上作业人员在横担处安装好支架。

（４）等电位电工沿绝缘软梯进入强电场至导线上工作位置，安装好线夹。

（５）地面电工连接好避雷器及绝缘间隙并吊上，塔上电工挂安装好避雷器及其附件。

（６）塔上电工用操作杆控制好避雷器支撑间隙，工作负责人许可后，地面电工收紧传递绳，将避雷器支撑间隙下端拉至导线处放电，等电位电工将避雷器与线夹连接好，拆除短接线。

（７）等电位电工沿绝缘软梯退出电场下至地面。

（８）塔上电工拆除工具放至地面，检查避雷器安装情况，清理作业现场，终结工作。

５．６安全措施及注意事项

（１）塔上电工对带电体的安全距离不小于1.8m，绝缘承力工具、绝缘传递绳有效绝缘长度不小于1.8m；绝缘操作杆的有效长度不小于2.1m。

（２）等电位电工对接地体的安全距离不小于1.8m，等电位电工转移电位时人体部分与带电体不小于0.3m，其组合间隙不小于2.1m，等电位电工与邻相带电导线的安全距离不小于2.5m。

（３）避雷器支架安装到位，临时绝缘固定绳可靠固定后，地电位电工必须进行冲击试验合格后，方可进行安装避雷器。

（４）在塔上电工配合等电位电工安装避雷器时，等电位电工在避雷器接近带电体时先用短接线（长度不超过30cm）搭住屏蔽环连接好后再用手进行操作，不得用屏蔽服作为载流体直接用手接触避雷器，以免电容电流和泄漏电流造成对等电位人员的伤害。

（5）避雷器接地端（接计数器处）必须经放电计数器接地或直接接地，严禁将避雷器接地端开路，安装时先将放电计数器安装在靠近避雷器附近便于观察的位置上，连接好接地母线，然后将放电计数器高压接线端用螺栓和母线连接在避雷器接地端上（避雷器底座的上部法兰上，避雷器通过放电计数器接地）。

（6）避雷器安装方法应严格按产品说明书图示安装，紧固所有螺栓，并防止松动；工作完毕后应弹簧销子和开口销子是否齐全到位；避雷器搬运时应携带包装，严防锐器划伤避雷器绝缘伞套，水平放置时应避免使伞裙受力。起吊时严禁发生碰撞。

（7）作业人员在杆塔上作业期间，工作监护人应对作业人员进行不间断监护，且不得从事其他工作。

（8）本次作业工作前应向调度明确：若线路跳闸，不经联系不得强送电。

（9）作业应良好天气下进行。如遇雷电（听见雷声、看见闪电）、雪雹、雨雾时不得进行带电作业。风力大于5级（10m/s）时，不宜进行带电作业。

6结论

此方法于2012年04月在220kV白吉线113#直线砼杆进行了避雷器带电安装操作，按照作业方案步骤，严格执行安全措施，作业人员相互配合，用时约1小时安全顺利的完成工作，现场运用成功，达到预期目标，拓宽了带电作业领域。220kV白吉线带电安装避雷器的成功，开创了江西电网带电安装220kV输电线路避雷器的先例，填补了带电作业项目空白，为220kV输电线路其它塔型（耐张塔、双回杆塔）实施带电安装避雷器工作积累经验，打下基础，同时也为今后输电线路避雷器的检修维护工作探索了新的作业方式。

【参考文献】

［１］GB/T19185-2008 交流线路带电作业安全距离计算方法[M].中国电力出版社,2009.

［２］国网公司组编.带电作业操作方法（输电线路）[M].中国电力出版社,2009.