输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场研究

输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场研究

王学东1,刘浩2

锡林郭勒超高压供电公司输电管理处带电作业班 内蒙古 锡林郭勒盟锡林浩特市026000

摘要：高压架空输电线路常分布于高山峡谷等复杂恶劣的地理环境中，缺陷检修技术往往受到环境、安全等诸多因素的影响，检修工作呈现处理难度大、技术性强的特点。并且在实际操作过程中，还需结合具体情况，制定科学合理的检修方案。因此，结合实际案例对线路缺陷检修技术的研究具有重要指导意义。和工程应用在电力工业中，电网运维过程中的带电作业虽然保证了电网的不间断运行，但相较于传统的方法也增加了作业人员和机械设备的危险性。实时准确监测电场环境、在电场过强时对电力人员实时报警，对电力人员的安全具有重要的意义。本文主要对输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场进行研究，详情如下。

关键词：输电线路带电作业；人体；临界安全距离；电场

引言

电力系统从业人员生命安全和身体健康是供电企业安全生产工作的重中之重，但目前电力安全事故仍然时有发生，形势比较严峻。

1输电线路安全距离下人体模型

本文仿真计算中，分别以35、110、220kV等级输电线路为研究对象，研究输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场。根据《国家电网公司电力安全工作规程—在带电线路杆塔上作业与带电导线最小安全距离》的规定，本文设置35、110、220kV等级输电线路临界安全距离分别为1．0、1．5、3．0m。人体作业位置为导线侧方入侵，输电线路导线电压分别设置为35、110、220kV。建模所用人体总体身高179cm，人体腿长90cm，脚高5cm，身体长度60cm，脖子和头高24cm。相比于输电线路周围空气，空气电导率为0，而人体近似为导体。因此，本文将人体视为均匀介质，电导率取为0．1S/m，相对介电常数取为106。根据有限元原理的计算方法，对输电线路带电作业人体在临界安全距离作业下的电场进行计算，计算完成后，本文选取人体从头部到脚部的沿面区域作为不同输电线路等级下的电场对比区域。

2基于穿戴式近电感知装置的试验验证

为了验证本文提出的不同身体位置的报警阈值，以基于一种穿戴式近电感知装置、35kV等级的电压为例，进行了试验验证，为保证试验人员安全，本文使用模拟人体的假人进行穿戴试验，向高压端入侵的方式与仿真设置的一致。电场探头通过电磁感应，探测穿戴位置(例如手腕脚腕)附近电场强度信号，检测主板对该信号进行滤波放大处理后，计算得到电场强度大小;检测主板识别旋钮对应的电压等级档位，根据所穿戴的身体位置设置报警阈值。以35kV等级的电压为例，头顶、右肩部、左肩部、右手腕、左手腕、右脚腕和左脚腕处的电场阈值分别设置为0．25、2．50、1．57、4．01、1．60、2．12、4．14kV/m;检测主板将计算得到的电场强度大小预先设定的阈值进行对比，从而判断是否越限，如果越限，则蜂鸣器报警。

3辅助工具的研制

跳线串与导线连接处距离超过10m，中间两间隔棒之间的距离约4m，且跳线与水平方向倾斜角度超过65°（最大80°），需设计辅助攀登工具使作业人员能顺利地攀登跳线进入导线作业点位置。为此，设计了跳线攀爬棒。与传统的人工攀爬相比，具有节省体力、提升作业安全性的优势，并且其体积小、重量轻，具有安装方便牢固、防滑性能可靠的特点，如图1所示。。

图1　跳线攀爬棒结构图

图1中，1为跳线攀爬棒的线夹部分，孔径大小要求与单根跳线直径相匹配，具备自锁功能且可匹配多种不同线径的跳线，线夹圆孔内层有防滑胶垫，固定可靠；2为跳线攀爬棒的可伸缩横管，使两端线夹中心点间距离与两单跳线中心点间距相匹配，并且可以根据不同的跳线间距进行调节；3为折叠固定机构，可将攀爬棒在未使用的折叠收纳至工具袋或工具包内，便于携带。当作业人员行至跳线夹角较大处时，安装跳线攀爬棒。作业人员脚踏第一个攀爬棒（手扶上端跳线）后，再在适当距离安装第二只攀爬棒，如此交替使用，直至逐步攀爬到位于高侧的导线。

4避雷器倒悬挂方式

ZB1型塔避雷器倒悬挂式安装时，每条路径人体表面场强分布与正悬挂时大致相同，故表面场强仿真图与具体数据不一一列举，根据仿真结果对四条进入路径的最大场强和沿45°路径与-90°路径进行对比分析。作业人员沿45°进入和沿-90°进入等电位过程中体表最大场强明显低于沿0°和-45°路径，其中-90°进入路径体表最大场强在距导线1m之后比沿45°进入路径略低。距导线1.5m之内，沿45°进入路径比沿-90°进入路径作业人员体表场强略低，1.5之外，-90°进入路径场强更低。两条路径相差不大。由以上仿真结果可以看出，作业人员越靠近导线体表场强越大，作业人员沿0°与-45°路径进入等电位时体表场强最高，由45°和-90°路径时体表场强均比较低，二者相差不大。

5改进螺栓紧固装置

架空输电线路螺栓固定结构长期暴露在空气中，受风力及导线振动等外部因素影响，靠近导线侧的连接螺栓会出现松动现象，若不能及时对缺陷螺栓进行紧固，将会导致连接处发热、导线掉线等重大事故。经调查发现，地电位带电紧固是最经济性、安全性及高效性的方法，但仍有50%的情况无法开展。文中在现有研究的基础上，提出一种自研制新型带电紧固作业方案，具有作业影响小、实时性好、流程简化、安全风险和成本低、耗时短的优势。针对不同电压等级输变线路线夹(悬垂线夹、并沟线夹、爆压线夹、变电站母线设备线夹)螺母型号不统一的问题，通过调查、统计常见套筒方头尺寸和不同线夹螺丝的型号，运用多用套筒扳手设计了一种悬吊在导线安装位置的轻型支撑杆作为紧固装置扳手部位，同时适应了不同螺栓规格、不同线夹螺栓高度和不同螺母紧固的要求。不同电压等级绝缘操作杆的长度和水平均不相同，改进传统绝缘操作杆长度，以最短有效绝缘长度、端部金属接头长度和手持部分长度三项之和作为新型螺栓紧固装置的绝缘操作杆长度，以满足不同电压等级需求，。为满绝缘操作杆接头紧密牢靠、材质强度高及长度不超过1cm的要求，文中采用可拆卸式硬铝材质的圆弧形接头。总之，新型工具的应用范围为输电线路耐张线夹螺栓、引流线并沟线夹螺栓、复合绝缘子均压环螺栓和线路悬垂线夹螺栓等带电部位各型号、各方向螺栓的紧固和更换及带电更换耐张杆塔引流线。此外，还可以拓展到变电站各类110kV户内外电气设备带电部位的各种连接螺栓的紧固与更换。

结语

随着电压等级的升高，人体表面在临界安全距离下的电场值有逐渐增大的趋势。例如，220kV电压等级下平均临界电场较35kV下的增加了184．69%。近电侧(右半体)临界表面电场平均值略大于远电侧(左半体)，以220kV电压等级为例，近电侧与远电侧的平均临界场强分别为2.20、1.72kV/m。基于穿戴式近电感知装置的试验验证表明，根据穿戴位置设置不同的报警阈值符合实际情况，值得在工程应用中采用。但由于偏差的存在，在实际应用中对报警阈值设置10%的裕度较为合理。

参考文献

［1］邓华，杨亮，马御棠，等．220kV串补线路单相瞬时接地短路带电作业方法研究［J］．云南电力技术，2021，49(1):33-37，54．

［2］王磊，唐盼，杨芳，等．35kV线路带电作业电场仿真分析与防护［J］．南方电网技术，2021，15(3):92-98，112．

［3］马启超．用于近电安全预警的可穿戴式电场测量系统研究与实现［D］．重庆:重庆大学，2018．