特高压直线塔带电作业进出等电位路径规划研究及应用

特高压直线塔带电作业进出等电位路径规划研究及应用

周永林

国网山西省电力公司输电检修分公司 山西省太原市 030000

摘要：特高压输电具有大容量、远距离、低损耗等优点，是解决我国能源分布不均、实施西电东送、实现大范围资源优化配置的关键途径。一旦停电，会导致大型发电厂停机、用户大面积停电等严重后果。为保证持续供电，消除特高压线路可能导致停电的不利因素，必须开展带电作业。带电作业是在不停电状态下对输电线路开展检修和消缺，是保障特高压线路高效运行的重要技术手段。带电作业核心的技术难点是如何保证带电作业人员进出等电位时的安全性。

关键词：特高压；直线塔；带电作业

1 带电作业危险率及动态轨迹投影法原理

1.1 带电作业危险率定义

根据国家电网有限公司企业标准Q/GDW 1799.2—2013关于等电位作业中的最小组合间隙的规定，1 000kV特高压中相带电作业的组合间隙值为6.9 m。而带电作业危险率，即考虑在组合间隙中绝缘损坏的概率。高压研究院的研究表明，带电作业危险率公式为：

式中：P0(U）为操作过电压幅值的概率密度函数，这个函数可由国家标准《交流线路带电作业安全距离计算方法》得出。操作过电压幅值为U，放电电压标准偏差为σd时，Pd(U）可由下式表示：

式中：U50为间隙操作冲击50%放电电压。通过计算机编程计算可得不同组合间隙下的带电作业危险率。

1.2 动态轨迹投影法的基本原理

如图1所示，将作业人员视作动态轨迹路径上的一个轨迹点，对进出等电位过程中每一状态下的轨迹点分别投影至二维YOZ、XOZ平面上。在坐标平面对轨迹点进行计算，则有

式中：st为轨迹点最小组合间隙；sn为轨迹点到n个塔材的最小垂直距离；sd为轨迹点到导线的距离；d1为轨迹点到XOY平面的垂直距离；d2为轨迹点到XOZ平面的垂直距离。

若min(s1,s2，…，sn)+d2≥Db则必有st≥Db，此时的轨迹点为安全状态点，其中Db为组合间隙边界最小值，安全状态点分布最多的路径为进出等电位最佳路径。

2 进出等电位路径规划程序计算原理

2.1 杆塔基本参数设置

本文以特高压输电线路典型直线杆塔ZMP4为研究对象，其具有塔头尺寸小、结构对称、塔头内空间大等特点。带电作业进出等电位路径规划若满足ZMP4杆塔要求，可推广应用至其他特高压直线塔。

2.2 动态轨迹投影法程序设计与实现

距离测量主要分为两部分：作业体到带电体的最短距离，作业体到接地体的最短距离。在模型空间中，用深红线段表示。以作业体的八个顶点为基准点，确定出线段的另一个端点则为技术关键。

2.2.1 作业体到塔身的最短距离测量

不妨设作业体到塔身的距离为S1。由于塔型结构的复杂性及不规则性，杆塔又具有空间厚度（设定塔的厚度为2 000mm），而且作业体与塔型的相对位置情况有6种以上（尽量在实际的带电作业过程中，一些空间位置不可能出现，但作为软件系统必须考虑在内），作业体到塔窗的距离测量采用的是以作业体为基准点，通过Lisp自带的函数比较基准点到塔身的最近距离并找出最近点。将作业体与塔投影到同一平面，使用函数（vlax-curve-get closestpointto curve-obj givenpnt[extend]）来找出对应的四个最近点，比较这四条线段距离，取出最小线段即为作业体到塔身的最短距离。同样需要注意的是，投影后取出的坐标点需要赋予其投影前的X坐标值（投影平面为YOZ）组成新的三维坐标。

2.2.2 作业体到导线的最短距离测量

作业体与导线投影到XOZ平面上，设AC线段的距离为S2。这里简单以投影情况做说明。首先需要判断作业体与导线的相对位置，在不考虑架空线摆动的情况下，架空线是垂直向下的，点A为基准点，点C为到导线的纵向交点，点B为点A到导线的直线距离与导线的交点。在直角三角形中，斜边必定大于直角边，因此，线段AB的长度必定大于线段AC的长度，若线段AC的长度加上A点到塔身的最短距离仍然小于规定的组合间隙6.9m，那么这个基准点就是安全的，且比AB线段的安全度更高。AC的长度可以直接通过这两个点在X坐标轴上的投影坐标点直接获取，比AB线段的距离更容易计算。

基准点A组合间隙的距离为：

测量距离完成后，距离数值存储在系统变量中，需要从后台将数值显示在前台界面。AutoCAD软件的“text”命令，用于显示文字或者数据。程序中调用AutoCAD命令。例如：（command″text″″j″″m″（list(+(car pt)13000)(+(cadr pt)29000)0)0(strcat″注1：作业体到塔平面的距离为″（rtos q＿mian）″毫米″））。

j表示对正，m表示在中间显示，list的内容是文字的坐标点，list后面的“0”表示旋转角度，strcat函数的结果为显示的内容。程序调用“text”命令，将距离显示在模拟作业场景空间中。将路径上每个点都进行对比测距计算，就可以得到最终最安全的进出等电位路径。

3 两种进出等电位路径规划方法对比

传统人工计算时，Sn、Sd通过查阅图纸进行计算，计算结果与实际情况存在偏差；动态轨迹投影法中的Sn、d2可以直接在坐标轴上获取距离数据，减小了人工计算的偏差。本文以ZMP4塔中相为例，利用传统方法和动态轨迹投影法计算结果对比如表1所示，路径规划时间由人工计算的2h缩短至20min，效率提高83%。

表1 动态轨迹投影法与传统手工计算方法对比

由表1可知，相对传统人工计算，动态轨迹投影法规划的作业路径安全距离增大0.5m。安全距离7.5m对应U50%放电电压为2 100kV，是1 000kV线路运行相电压幅值的2.57倍，作业人员进出等电位更加安全。

根据上文危险率计算公式（1)—(4），编程计算出传统人工与动态轨迹投影法所计算出的组合间隙对应的危险率如表2所示。

表2 传统人工计算与动态轨迹投影法计算的组合间隙危险率大小对比

由表2可知，传统人工计算与动态轨迹投影法计算的组合间隙都能满足小于1.0×10-5的危险率要求，但是动态轨迹投影法计算的组合间隙危险率明显比人工计算法计算所得的组合间隙危险率低。

结论

本文通过对特高压直线塔带电作业进出等电位路径进行规划研究，得出以下结论：

(1）采用基于动态轨迹投影法的特高压ZMP4塔中相带电作业进出等电位路径规划是可行的。

(2）基于动态轨迹投影法开发的AutoCAD程序计算进出等电位的最佳路径，安全可靠，效率高，危险率低。

(3）利用动态轨迹投影法可以有效指导特高压带电作业安全开展。

参考文献

[1]周晨梦，罗日成，吴东，等．±800kV输电线路小转角塔带电作业进出等电位方式分析[J]．高压电器，2019,55(9):179-186.

[2]雷兴列，彭勇，肖宾，等．交流特高压复合横担对带电作业安全影响[J]．中国电力，2019,52(12):54-61.

[3]吴维国，晏节晋，卢鹏飞．±1 100kV直线塔进出等电位方法的研究[J]．城市建设理论研究（电子版），2019(5):7-8.