特高压变电站带电作业绝缘平台探讨范文

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《高压电器杂志》2015年第十一期

摘要：

特高压变电站对电网的安全和稳定运行具有非常重要的意义，而带电作业是确保其运行可靠性的重要技术手段。为了在特高压变电站开展带电作业，文中设计了一种可用于1000kV特高压变电站带电作业的绝缘平台。通过绝缘耐受、湿态绝缘、抗弯、抗扭、抗机械老化等试验项目对平台主体材料的性能参数进行了全面考核，并对平台整体的电气性能和机械性能进行了试验验证。另外计算校核了绝缘平台的稳定性及安全系数。试验和计算结果表明所研制绝缘平台满足带电作业工器具标准要求，为特高压变电站管母类带电作业项目的安全开展提供了必要的检修平台，平台主体结构简单、现场组装方便，有利于进一步推动特高压变电站带电作业技术的应用推广。

关键词：

1000kV变电站；带电作业；绝缘平台；稳定性

随着多项特高压输变电工程的建成与投运，特高压网架在中国电网中占据了越来越重要的地位，其运行可靠性也受到电网运检部门的高度重视[1]。变电站设备在运行过程中遭受恶劣的自然环境、雷击以及短路等因素的影响而出现不同的故障或缺陷[2-5]，而带电消缺是提升变电站运行可靠性的重要技术手段。国内外在500kV以下电压等级的变电站带电作业方面开展了较多的研究，如带电作业间隙的放电特性、带电清扫、机器人带电作业等[6-16]。中国开展带电作业已有60多年的历史，目前输配电带电作业项目已广为推广，变电站带电作业项目也正处于积极探索和不断拓展的阶段。然而据有关文献报道，国内外变电站带电作业项目主要集中在500kV及以下电压等级，尚未开展特高压变电站带电作业项目[6]。变电站带电作业项目主要分为两类：一类是分裂软母线处带电作业，包括带电更换悬式绝缘子(串)、检修连接金具等；另一类是硬质管母线处带电作业，包括隔离开关设备发热处理、支柱绝缘子清扫等。第1类项目作业方法可借鉴输电线路带电作业方法，而第2类项目则必须利用绝缘升降平台等运载工具才能进行。特高压变电站管母对地净空距离高达17.5m[17-18]，绝缘平台在使用过程中将承受电气和机械性能的双重考验，是能否安全开展特高压变电站管母类作业项目的决定因素。

1绝缘平台结构

绝缘平台由平台底座、绝缘梯、工作斗、卷扬机及防风控制绳等组成，见图1。平台底座由两根合金钢固定在地面，通过斜向支撑杆及环氧面板组装成整个平台的重心基础；绝缘梯下端安装在平台底座内，整梯采用多节结构，单节梯长6m；工作斗安装在绝缘梯上，卷扬机为其提供动力，以绝缘梯为轨道实现垂直升降；防风控制绳在两节单节梯连接处进行固定，采用多级控制，用于控制梯身的稳定性。

2主体材料选择

绝缘平台主体材料采用环氧树脂玻璃钢管，环氧树脂玻璃钢具有优良的电气、机械特性，广泛应用于加工带电作业硬质绝缘工具。为进一步验证所选绝缘材料的电气和机械性能，对绝缘平台主体材料的几种主要性能参数参照GB13398—2003《带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒》[相关要求进行了测试。

2.1绝缘耐受性能将绝缘平台主体材料加工成3件直径70mm，长300mm的绝缘管材试品，在两端试验电极间施加1min工频电压，该试品在100kV工频电压下未发生闪络和击穿，表面没有明显温升。

2.2湿态绝缘性能加工3件长度1200mm试品，进行淋雨试验，校正20℃雨水电阻率为(100±5)Ω•m，平均淋雨率为1.0~1.5mm/min，试品两端电极间施加100kV工频电压，试验无闪络、无击穿、无发热现象。

2.3泄漏电流试验绝缘管材泄漏电流试验分为受潮前和受潮后试验。首先将3件长度300mm的试品置于大气环境24h以上，在试品两端电极间施加100kV工频电压，测量并记录1min内最大电流I1；然后将试品置于温度23℃、相对湿度93%的试验箱内168h。取出试品后在大气环境下同样施加100kV工频电压，测量并记录1min内最大电流I2，试验结果见表1，结果显示受潮后电流明显增加，但没有超过干试验电流15μA和受潮后试验电流40μA的标准要求。

2.4弯曲试验制作一组3件直径70mm，长2500mm绝缘管试品，选定一个基准面将试品置于弯曲试验平台上，选择初始抗弯负荷Fd为10kN，分别测量1/3Fd与2/3Fd之间扰度差f1及2/3Fd与Fd之间扰度差f2，然后将试品调整90°、180°和270°，重复上述试验过程，结果见表2。

2.5扭力试验制作一组3件直径70mm，长1200mm绝缘管试品，将试品安装在扭力测试平台，设置初始扭矩值Cd为480N•m，维持初始扭矩值50min，记录测得的角偏移度αd，然后去除扭矩，1min后测量残余角偏移率δ，结果见表3。

2.6挤压试验制作一组3件直径70mm，长210mm绝缘管试品，将试品安置挤压试验平台，平台两挤压平板间距以2mm/min匀速减小，当第1次失去线性时，记录挤压力的最小值Fmin，继续施加挤压力，使平板间距减少至6mm，记录试验过程中挤压力的最大值，结果见表4。

2.7机械老化试验按照弯曲试验方法，将3件试品分别安装至弯曲试验平台，进行0°、90°、180°和270°每个方向1000次弯曲试验，观察试品表面是否有损伤，并测量受潮前和受潮后的泄漏电流，结果见表5。经上述电气和机械试验，所选用环氧环氧树脂玻璃钢管材的性能参数能够满足带电作业工器具设计、加工标准要求[19-20]。

3平台稳定性计算

按照绝缘平台的结构设计，其力学模型可以等效为细长压杆。理想状态压杆受力时保持垂直直线度，但实际压杆受力时直线会发生偏移。当受力小于临界力，受力消除后压杆能够恢复直线状态，受力超过临界力则不能恢复，此时压杆将丧失其稳定性。

3.1柔度λ计算压杆柔度可采用式(1)计算式(1)中：μ为长度系数，由于平台每节6m采用绝缘防风控制绳固定，可视为两端固定，取0.5；L为压杆长度，取6m；i为截面惯性半径，取17.5mm，计算得到λ=171。

3.2临界柔度λP计算压杆临界柔度λP可采用式(2)计算

3.3临界压力Pcr计算压杆临界压力Pcr可采用式(3)计算

4平台整体性能试验

绝缘平台整体性能测试包括电气试验和机械试验两部分，在中国电科院特高压试验场进行，试验现场见图2。

4.1工频耐压试验将绝缘平台分段选取6.3m作为加压电极间隙距离，施加1150kV工频试验电压并持续3min，试验过程中未发生闪络和击穿。

4.2操作冲击耐压试验同样选取6.3m试验间隙距离，施加15次1695kV标准操作波进行冲击试验，试验过程中未发生闪络和击穿。

4.3静荷载试验将绝缘平台工作斗升至最高设计高度20m，在作业平面加载2.5倍额定荷载(250kN)，持续5min，试验过程中未发生异常声响，无断裂现象。

4.4动荷载试验在绝缘平台作业面加载1.5倍额定荷载(150kN)，将工作斗逐步升至最高，反复升降5次，试验过程中绝缘平台稳固，未发生异常声响，无断裂现象。经整体性能试验验证，绝缘平台的电气性能和机械性能均能够满足带电作业工器具标准要求，达到设计预期目标。

5结语

相较于输电线路带电作业技术及配网不停电作业技术的广泛应用，变电站带电作业技术的探索已成为制约中国带电作业技术整体水平提升的重要因素。特别是由于没有合适的检修平台，500kV及以上电压等级变电站管母类作业项目难以实施带电检修。该次研制的特高压变电站带电作业绝缘平台充分考虑了站内设备紧凑、空间间距狭小的特点，选用具有良好电气和机械性能的环氧树脂玻璃钢进行平台的主体加工，整体性能满足带电作业工器具标准要求，与现有绝缘平台相比具有以下3个显著特点：1)该平台是目前国内外首个可用于1000kV特高压带电作业的检修平台。2)平台结构设计简洁、组装便捷，采用多节多级模式，便于运输保管，现场可根据作业高度需求选择合适的绝缘梯节数，已验证作业高度达20m。3)平台设计安全系数高，设计工作荷载100kN，远超现场实际工作需求。

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作者：肖宾 刘凯 陈磊 吴田 刘庭 单位：中国电力科学研究院 国网陕西省电力公司