CN109861134A - 一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法 - Google Patents

一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法 Download PDF

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Abstract

一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，通过对特高压交流输电线路带电作业杆塔所在地理位置的气象参数的测量，得到作业时的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P，在此基础上得出空气的相对介电常数；通过作业绳长的确定和组合间隙的判断，来初步确定身在吊篮中的等电位作业人员的位置，然后对每一个作业轨迹点的人体体表场强进行电场计算；并将每一个作业点的人体体表场强与导线的临界起晕场强进行比较，最终确定出十个作业轨迹点，将满足要求的十个作业轨迹低点连成一条弧线即得到特高压交流线路吊篮法等电位作业规划路径。本发明考虑了作业杆塔环境因素，针对特高压交流输电线路规划出的吊篮法等电位作业路径，为带电作业的安全进行提供理论依据和指导。

Description

一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径 规划方法
技术领域
本发明一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，涉及特高输电线路工程及吊篮法等电位作业路径规划技术领域。
背景技术
等电位作业方式以其技术优势在高压输电线路带电作业中应用最为广泛，但在特高压交流输电线路上带电作业时，由于特高压交流输电线路的运行电压高，带电体周围的电场强度高，特高压输电线路长，沿线地理、气候环境复杂，作业人员安全所受的影响更大，因此需对带电作业安全距离、组合间隙、作业人员进出等电位最佳方式等进行研究。吊篮法等电位作业是带电作业方式的一种，在特高压输电线路工程中，吊篮法作业实现等电位的过程是作业人员身穿屏蔽服坐在绝缘吊篮中，塔上工作人员通过调节两端绳长来控制等电位作业人员的位置，使等电位作业人员从杆塔横担某一位置到达导线实现等电位作业的过程。目前该作业方式被广泛应用于带电作业，但其进入强电场的方式与路径规划影响着作业人员的安全。
目前，特高压交流输电线路吊篮法等电位作业路径规划是根据《电力安全工作规程》规定的组合间隙值，塔上工作人员要始终通过调节两端绳长使等电位作业人员的位置处于最小组合间隙安全值内，确保等电位作业人员的带电作业安全距离，保证等电位作业人员的安全。但目前针对带电作业安全距离和组合间隙的确定，主要是根据典型塔型进行模拟试验得出的结论，缺乏环境因素的考虑，因为空气的介电常数受空气温度、湿度、气压的影响，继而影响到带电作业安全距离和组合间隙值的确定。
发明内容
本发明提供一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，考虑了作业杆塔环境因素，在作业人员体表场强电场满足电场要求的前提下，针对特高压交流输电线路规划出的吊篮法等电位作业路径，为带电作业的安全进行提供理论依据和指导。
本发明采取的技术方案为：
一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，通过对特高压交流输电线路带电作业杆塔所在地理位置的气象参数的测量，得到作业时的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P；在此基础上得出空气的相对介电常数；通过作业绳长的确定和组合间隙的判断，来初步确定身在吊篮中的等电位作业人员的位置，然后对每一个作业轨迹点的人体体表场强进行电场计算；并将每一个作业点的人体体表场强与空气的起晕场强进行比较，最终确定出十个作业轨迹点；将满足要求的十个作业轨迹低点连成一条弧线，即得到一条考虑环境因素的特高压输电线路吊篮法等电位作业的规划路径。
等电位作业过程是实现等电位作业人员从横担处到达特高压交流输电线路直线杆塔导线上的过程。
一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，包括以下步骤：
步骤1：测量作业杆塔所在地理位置的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P。
步骤2：得出空气的相对介电常数，空气的相对介电常数ε与空气湿度、温度、气压的关系，空气的相对介电常数ε随着空气湿度的增加而变大，随着温度的增加而减小，随着气压的增加而增加。
步骤3：确定作业杆塔坐标系，以作业横担所在杆塔中心点为坐标原点，确定绳长L1和L2，绳长L2长度等于悬垂绝缘子串的长度与金具长度之和，作业过程中确保L2绳长不变，L1在作业过程中是变化的，使绳长θ角为杆塔横担与绳子L2的夹角；绳子L2挂点位于悬垂绝缘子串垂直正上方的横担处，绳子L1挂点距离绳子L2挂点距离等于L2绳长；等电位作业开始前，等电位作业人员位于绳子L1的挂点处，并坐在吊篮中，然后释放绳长L1，取θ角为10°，使绳长确定第一个作业轨迹点处，在该作业轨迹点，身在吊篮中的作业人员在空间中的位置需要满足公式(1)；
计算空间位置的S1+S3和S2+S3，如果此时距离均大于6.9m，满足要求，如果距离满足要求，计算等电位作业人员处于该点的电场强度E。通过对公式(2)可以求出φ，将求出的φ代入公式(3)，可以求出位于空间中的等电位作业人员的体表场强E。
式中：为拉普拉斯算符；
φ为电位标量；
ρ为自由电荷密度；
ε为空气的相对介电常数；
x,y,z为空间中等定位作业人员所在的直角坐标；
E为等电位作业人员体表电场强度。
选取的作业轨迹点，同时满足公式(1)和电场强度E需小于导线的临界起晕场强Ecr，导线的临界起晕场强按公式(4)来进行计算
公式(4)中δ为空气的相对密度；
r0为起晕导线的半径，cm；
m为导线表面的状态系数，取值在0.8～1.0。
步骤4：确定剩下的8个作业路径规划点，按步骤3中第一个作业轨迹点的确定方法，按照θ角依次递增10°的方法，使θ角依次等于20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，使绳长来确定第二个、第三个、第四个、第五个、第六个、第七个、第八个作业路径点。第九个作业路径点的确定，此时吊篮中的作业人员在垂直方向上达到导线水平的位置，水平位置离导线0.5m，此时绳长L2与悬垂绝缘子串的夹角为α，则该作业轨迹点的θ＝90°-α，使绳长来确定第九个作业路径点。每一个轨迹点按作业绳长确定好作业位置后，计算空间位置的S1+S3和S2+S3的值，验算是否满足公式(1)和电场强度的要求。第十个作业路径点的确定，作业人员需到达导线上，到达第九个作业路径点的时候，因为作业人员与导线平齐，离导线水平距离为0.5m，此时身在吊篮中的等电位作业人员要迅速手持消弧工具去接触特高压导线，接触导线的时候L1和L2的夹角为90度，使绳长如果以上十个作业轨迹点经过验证均满足公式(1)和电场强度的要求，将以上十个作业轨迹点连成一条线，即是特高压交流线路吊篮法等电位作业规划的作业路径。
本发明一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，考虑了作业杆塔环境因素，在作业人员体表场强电场满足电场要求的前提下，针对特高压交流输电线路规划出的吊篮法等电位作业路径，为带电作业的安全进行提供理论依据和指导。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为吊篮法作业整体模型图。
图2为吊篮中的等电位作业人员空间位置图。
图3为吊篮法作业离导线0.5m作业位置图。
图4为吊篮法等电位作业位置图。
图5为吊篮法作业等电位时人体体表场强有限元计算云图。
具体实施方式
一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，通过对特高压交流输电线路带电作业杆塔所在地理位置的气象参数的测量，得到作业时的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P，在此基础上得出空气的相对介电常数；通过作业绳长的确定和组合间隙的判断，来初步确定身在吊篮中的等电位作业人员的位置，然后对每一个作业轨迹点的人体体表场强进行电场计算；并将每一个作业点的人体体表场强与空气的起晕场强进行比较，最终确定出十个作业轨迹点，将满足要求的十个作业轨迹低点连成一条弧线，即得到特高压交流线路吊篮法等电位作业规划路径。针对某条特高压交流输电线路具体参数，根据具体的几何尺寸建立特高压交流输电线路的杆塔横担、吊篮、人体、绝缘子、导线、金具模型，将参数值代入进行绳子的计算，并进行等电位作业人员体表场强的计算，可得到一条考虑环境因素的特高压输电线路吊篮法等电位作业的规划路径。
具体包括以下步骤：
1)、测量作业杆塔所在地理位置的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P；
2)、空气的相对介电常数ε与空气湿度、温度、气压的关系，空气的相对介电常数ε随着空气湿度的增加而变大，随着温度的增加而减小，随着气压的增加而增加；具体数据如表1、表2所示；
表1空气的相对介电常数ε与温度、气压的关系
表2空气的相对介电常数ε与湿度、气压的关系
3)、确定作业杆塔坐标系，以作业横担所在杆塔中心点为坐标原点，确定绳长L1和L2，绳长L2长度等于悬垂绝缘子串的长度与金具长度之和，作业过程中确保L2绳长不变，L1在作业过程中是变化的，使绳长θ角为杆塔横担与绳子L2的夹角；绳子L2挂点位于悬垂绝缘子串垂直正上方的横担处，绳子L1挂点距离绳子L2挂点距离等于L2绳长；等电位作业开始前，等电位作业人员位于绳子L1的挂点处，并坐在吊篮中，然后释放绳长L1，取θ角为10°，使绳长确定第一个作业轨迹点处，在该作业轨迹点，身在吊篮中的作业人员在空间中的位置需要满足公式(1)。
计算空间位置的S1+S3和S2+S3，如果此时距离均大于6.9m，满足要求，如果距离满足要求，计算等电位作业人员处于该点的电场强度E。通过对公式(2)可以求出φ，将求出的φ代入公式(3)，可以求出位于空间中的等电位作业人员的体表场强E。
式中：为拉普拉斯算符；
φ为电位标量；
ρ为自由电荷密度；
ε为空气的相对介电常数；
x,y,z为空间中等定位作业人员所在的直角坐标；
E为等电位作业人员体表电场强度。
选取的作业轨迹点，需同时满足公式(1)和电场强度E需小于导线的临界起晕场强Ecr。使身在绝缘吊篮中身穿屏蔽环的等电位作业人员在该点的体表场强小于导线的临界起晕场强，来保证等电位作业人员的安全，导线的临界起晕场强按公式(4)来进行计算
公式(4)中δ为空气的相对密度；
r0为起晕导线的半径，cm；
m为导线表面的状态系数，取值在0.8～1.0。
4)、确定剩下的8个作业路径规划点，按步骤3)中第一个作业轨迹点的确定方法，按照θ角依次递增10°的方法，使θ角依次等于20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，使绳长来确定第二个、第三个、第四个、第五个、第六个、第七个、第八个作业路径点。第九个作业路径点的确定，此时吊篮中的作业人员在垂直方向上达到导线水平的位置，水平位置离导线0.5m，此时绳长L2与悬垂绝缘子串的夹角为α，则该作业轨迹点的θ＝90°-α，使绳长来确定第九个作业路径点。第十个作业路径点的确定，作业人员需到达导线上，到达第九个作业路径点的时候，因为作业人员与导线平齐，离导线水平距离为0.5m，此时身在吊篮中的等电位作业人员要迅速手持消弧工具去接触特高压导线，接触导线的时候L1和L2的夹角为90度，使绳长每一个轨迹点按作业绳长确定好作业位置后，计算空间位置的S1+S3和S2+S3的值，验算是否满足公式(1)和电场强度的要求。如果以上十个作业轨迹点经过验证均满足公式(1)和电场强度的要求，可以将以上十个作业轨迹点连成一条线，即是特高压交流线路吊篮法等电位作业规划的作业路径。
具体算例：
以淮南-南京-上海-1000kV特高压输电线路工程直线杆塔吊篮法作业为例：
按照步骤1)描述的过程，淮南-南京-上海1000kV泰吴Ⅰ/Ⅱ线010号杆塔上作业，杆塔型号为SZ302，2018年11月12号在该处进行作业，测得当时的环境温度T为19.5°，空气的相对湿度为H(％)为63.1、气压P(Torr)为755.30。
按照步骤2)描述的过程，根据步骤1)测得的环境参数，查表得到空气的相对介电常数ε＝1.000687。
按照步骤3)描述的过程，确定作业杆塔坐标系，以作业杆塔的下横担中心为坐标原点；作业横担长度为11.66m，绝缘子串长和金具长度为11m，所以作业绳长L2的长度为11m，作业过程中L2保持不变，L2的挂点挂在绝缘子正上方的横担A处，L1的挂点挂在离L2的挂点11m处的横担上B处，建立吊篮法作业整体模型图，如图1所示。作业开始前，等电位作业人员为L1的挂点处，并坐在吊篮中，然后工作人员释放作业绳子L1，使θ＝10°，L2＝11m,求得L1＝1.92m，所以此时工作人员应释放作业绳子L1的长度为1.92m，得到第一个作业轨迹点，S1为坐在吊篮中的等电位作业人员离塔身的水平距离，S2为坐在吊篮中的等电位作业人员离杆塔的垂直距离，S3为坐在吊篮中的等电位作业人员倒导线的距离，吊篮中的等电位作业人员空间位置图，如图(2)所示。此时，S1＝0.926m；S2＝1.913m；S3＝14.139m。满足公式(1)
然后利用有限元计算得到身穿屏蔽服坐在吊篮中人体的体表电场强度，Emax＝6.5kV/m，此时并计算导线的临界起晕场强，按照公式δ＝1.293kg/m3为空气的相对密度，m为导线表面的状态系数，考虑到八分裂导线结构，m取值为0.85。r0为起晕导线的半径，特高压八分裂子导线外径为33.8mm，换算为导线的等效半径为350mm，Ecr＝2690.1kV/m。进行比较发现Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于气的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。
按照步骤4)描述的过程，进行剩下的8个作业路径规划点的确定。确定第二作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝20°，L2＝11m,求得L1＝3.82m，得到第二个作业路径点，此时，S1＝1.385m；S2＝3.819m；S3＝12.569m。满足公式(1)：
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝7.8kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第三作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝30°，L2＝11m,求得L1＝5.69m，得到第三个作业路径点，此时，S1＝2.12m；S2＝5.496m；S3＝11m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝12.2kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第四作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝40°，L2＝11m,求得L1＝7.52m，得到第四个作业路径点，此时，S1＝2.798m；S2＝7.067m；S3＝9.302m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝41.3kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第五作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝50°，L2＝11m,求得L1＝9.30m，得到第五个作业路径点，此时，S1＝3.99m；S2＝8.428m；S3＝7.522m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝52.4kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第六作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝60°，L2＝11m,求得L1＝11m，得到第六个作业路径点，此时，S1＝5.422m；S2＝9.526m；S3＝5.695m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，计算值Emax＝202kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第七个作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝70°，L2＝11m,求得L1＝12.62m，得到第七个作业路径点，此时，S1＝6.824m；S2＝10.243m；S3＝4.081m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝261.3kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第八个作业路径点时，释放作业绳长，使θ＝80°，L2＝11m,求得L1＝14.14m，得到第八个作业路径点，此时，S1＝8.851m；S2＝10.833m；S3＝1.917m满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，Emax＝804kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。确定第九个作业路径点时，此时吊篮中的作业人员在垂直方向上达到导线水平的位置，水平位置离导线0.5m，吊篮法作业离导线0.5m作业位置图，如图(3)所示，计算此时绳长L2与悬垂绝缘子串的夹角为α，根据公式得到θ＝90°-α＝87.4，使绳长θ＝87.4°，L2＝11m,求得L1＝15.2m，此时，S1＝10.25m；S2＝10.989m；S3＝0.5m。满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，吊篮法作业离导线0.5m人体体表最大电场强度为，Emax＝1336kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。第十个作业路径点的确定，作业人员需到达导线上，到达第九个作业路径点的时候，因为作业人员与导线平齐，离导线水平距离为0.5m，此时身在吊篮中的等电位作业人员要迅速手持消弧工具去接触特高压导线，接触导线的时候L1和L2的夹角为90度，使绳长求得L1＝15.2m，吊篮法等电位作业位置图，如图(4)所示。此时，S1＝11.66m，S2＝11m；S3＝0m；满足公式(1)
并利用有限元法进行此时作业人员体表电场强度的计算，吊篮法作业等电位时人体体表场强有限元计算云图如图5所示，Emax＝1995kV/m，Emax<Ecr，说明此时人体体表场强小于导线的临界起晕场强，不会发生放电现象，作业人员是安全的。

Claims (2)

1.一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，其特征在于：通过对特高压交流输电线路带电作业杆塔所在地理位置的气象参数的测量，得到作业时的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P；在此基础上得出空气的相对介电常数；通过作业绳长的确定和组合间隙的判断，来初步确定身在吊篮中的等电位作业人员的位置，然后对每一个作业轨迹点的人体体表场强进行电场计算；并将每一个作业点的人体体表场强与空气的起晕场强进行比较，最终确定出十个作业轨迹点；将满足要求的十个作业轨迹低点连成一条弧线，即得到一条考虑环境因素的特高压输电线路吊篮法等电位作业的规划路径。
2.一种考虑环境因素的特高压交流线路吊篮法等电位作业路径规划方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：测量作业杆塔所在地理位置的空气湿度H、环境温度T、和当时的气压P；
步骤2：得出空气的相对介电常数，空气的相对介电常数ε与空气湿度、温度、气压的关系，空气的相对介电常数ε随着空气湿度的增加而变大，随着温度的增加而减小，随着气压的增加而增加；
步骤3：确定作业杆塔坐标系，以作业横担所在杆塔中心点为坐标原点，确定绳长L1和L2，绳长L2长度等于悬垂绝缘子串的长度与金具长度之和，作业过程中确保L2绳长不变，L1在作业过程中是变化的，使绳长θ角为杆塔横担与绳子L2的夹角；绳子L2挂点位于悬垂绝缘子串垂直正上方的横担处，绳子L1挂点距离绳子L2挂点距离等于L2绳长；等电位作业开始前，等电位作业人员位于绳子L1的挂点处，并坐在吊篮中，然后释放绳长L1，取θ角为10°，使绳长确定第一个作业轨迹点处，在该作业轨迹点，身在吊篮中的作业人员在空间中的位置需要满足公式(1)；
计算空间位置的S1+S3和S2+S3，如果此时距离均大于6.9m，满足要求，如果距离满足要求，计算等电位作业人员处于该点的电场强度E；通过对公式(2)可以求出φ，将求出的φ代入公式(3)，可以求出位于空间中的等电位作业人员的体表场强E；
式中：为拉普拉斯算符；
φ为电位标量；
ρ为自由电荷密度；
ε为空气的相对介电常数；
x,y,z为空间中等定位作业人员所在的直角坐标；
E为等电位作业人员体表电场强度；
选取的作业轨迹点，同时满足公式(1)和电场强度E需小于导线的临界起晕场强Ecr，导线的临界起晕场强按公式(4)来进行计算
公式(4)中δ为空气的相对密度；
r0为起晕导线的半径，cm；
m为导线表面的状态系数，取值在0.8～1.0；
步骤4：确定剩下的8个作业路径规划点，按步骤3中第一个作业轨迹点的确定方法，按照θ角依次递增10°的方法，使θ角依次等于20°，30°，40°，50°，60°，70°，80°，使绳长来确定第二个、第三个、第四个、第五个、第六个、第七个、第八个作业路径点；第九个作业路径点的确定，此时吊篮中的作业人员在垂直方向上达到导线水平的位置，水平位置离导线0.5m，此时绳长L2与悬垂绝缘子串的夹角为α，则该作业轨迹点的θ＝90°-α，使绳长来确定第九个作业路径点；每一个轨迹点按作业绳长确定好作业位置后，计算空间位置的S1+S3和S2+S3的值，验算是否满足公式(1)和电场强度的要求；第十个作业路径点的确定，作业人员需到达导线上，到达第九个作业路径点的时候，身在吊篮中的等电位作业人员迅速手持消弧工具去接触特高压导线，接触导线的时候L1和L2的夹角为90度，使绳长如果以上十个作业轨迹点经过验证均满足公式(1)和电场强度的要求，将以上十个作业轨迹点连成一条线，即是特高压交流线路吊篮法等电位作业规划的作业路径。
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