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《高壓電器雜志》2015年第十一期

摘要：

特高壓變電站對電網的安全和穩定運行具有非常重要的意義，而帶電作業是確保其運行可靠性的重要技術手段。為了在特高壓變電站開展帶電作業，文中設計了一種可用于1000kV特高壓變電站帶電作業的絕緣平臺。通過絕緣耐受、濕態絕緣、抗彎、抗扭、抗機械老化等試驗項目對平臺主體材料的性能參數進行了全面考核，并對平臺整體的電氣性能和機械性能進行了試驗驗證。另外計算校核了絕緣平臺的穩定性及安全系數。試驗和計算結果表明所研制絕緣平臺滿足帶電作業工器具標準要求，為特高壓變電站管母類帶電作業項目的安全開展提供了必要的檢修平臺，平臺主體結構簡單、現場組裝方便，有利于進一步推動特高壓變電站帶電作業技術的應用推廣。

關鍵詞：

1000kV變電站；帶電作業；絕緣平臺；穩定性

隨著多項特高壓輸變電工程的建成與投運，特高壓網架在中國電網中占據了越來越重要的地位，其運行可靠性也受到電網運檢部門的高度重視[1]。變電站設備在運行過程中遭受惡劣的自然環境、雷擊以及短路等因素的影響而出現不同的故障或缺陷[2-5]，而帶電消缺是提升變電站運行可靠性的重要技術手段。國內外在500kV以下電壓等級的變電站帶電作業方面開展了較多的研究，如帶電作業間隙的放電特性、帶電清掃、機器人帶電作業等[6-16]。中國開展帶電作業已有60多年的歷史，目前輸配電帶電作業項目已廣為推廣，變電站帶電作業項目也正處于積極探索和不斷拓展的階段。然而據有關文獻報道，國內外變電站帶電作業項目主要集中在500kV及以下電壓等級，尚未開展特高壓變電站帶電作業項目[6]。變電站帶電作業項目主要分為兩類：一類是分裂軟母線處帶電作業，包括帶電更換懸式絕緣子(串)、檢修連接金具等；另一類是硬質管母線處帶電作業，包括隔離開關設備發熱處理、支柱絕緣子清掃等。第1類項目作業方法可借鑒輸電線路帶電作業方法，而第2類項目則必須利用絕緣升降平臺等運載工具才能進行。特高壓變電站管母對地凈空距離高達17.5m[17-18]，絕緣平臺在使用過程中將承受電氣和機械性能的雙重考驗，是能否安全開展特高壓變電站管母類作業項目的決定因素。

1絕緣平臺結構

絕緣平臺由平臺底座、絕緣梯、工作斗、卷揚機及防風控制繩等組成，見圖1。平臺底座由兩根合金鋼固定在地面，通過斜向支撐桿及環氧面板組裝成整個平臺的重心基礎；絕緣梯下端安裝在平臺底座內，整梯采用多節結構，單節梯長6m；工作斗安裝在絕緣梯上，卷揚機為其提供動力，以絕緣梯為軌道實現垂直升降；防風控制繩在兩節單節梯連接處進行固定，采用多級控制，用于控制梯身的穩定性。

2主體材料選擇

絕緣平臺主體材料采用環氧樹脂玻璃鋼管，環氧樹脂玻璃鋼具有優良的電氣、機械特性，廣泛應用于加工帶電作業硬質絕緣工具。為進一步驗證所選絕緣材料的電氣和機械性能，對絕緣平臺主體材料的幾種主要性能參數參照GB13398—2003《帶電作業用空心絕緣管、泡沫填充絕緣管和實心絕緣棒》[相關要求進行了測試。

2.1絕緣耐受性能將絕緣平臺主體材料加工成3件直徑70mm，長300mm的絕緣管材試品，在兩端試驗電極間施加1min工頻電壓，該試品在100kV工頻電壓下未發生閃絡和擊穿，表面沒有明顯溫升。

2.2濕態絕緣性能加工3件長度1200mm試品，進行淋雨試驗，校正20℃雨水電阻率為(100±5)Ω•m，平均淋雨率為1.0~1.5mm/min，試品兩端電極間施加100kV工頻電壓，試驗無閃絡、無擊穿、無發熱現象。

2.3泄漏電流試驗絕緣管材泄漏電流試驗分為受潮前和受潮后試驗。首先將3件長度300mm的試品置于大氣環境24h以上，在試品兩端電極間施加100kV工頻電壓，測量并記錄1min內最大電流I1；然后將試品置于溫度23℃、相對濕度93%的試驗箱內168h。取出試品后在大氣環境下同樣施加100kV工頻電壓，測量并記錄1min內最大電流I2，試驗結果見表1，結果顯示受潮后電流明顯增加，但沒有超過干試驗電流15μA和受潮后試驗電流40μA的標準要求。

2.4彎曲試驗制作一組3件直徑70mm，長2500mm絕緣管試品，選定一個基準面將試品置于彎曲試驗平臺上，選擇初始抗彎負荷Fd為10kN，分別測量1/3Fd與2/3Fd之間擾度差f1及2/3Fd與Fd之間擾度差f2，然后將試品調整90°、180°和270°，重復上述試驗過程，結果見表2。

2.5扭力試驗制作一組3件直徑70mm，長1200mm絕緣管試品，將試品安裝在扭力測試平臺，設置初始扭矩值Cd為480N•m，維持初始扭矩值50min，記錄測得的角偏移度αd，然后去除扭矩，1min后測量殘余角偏移率δ，結果見表3。

2.6擠壓試驗制作一組3件直徑70mm，長210mm絕緣管試品，將試品安置擠壓試驗平臺，平臺兩擠壓平板間距以2mm/min勻速減小，當第1次失去線性時，記錄擠壓力的最小值Fmin，繼續施加擠壓力，使平板間距減少至6mm，記錄試驗過程中擠壓力的最大值，結果見表4。

2.7機械老化試驗按照彎曲試驗方法，將3件試品分別安裝至彎曲試驗平臺，進行0°、90°、180°和270°每個方向1000次彎曲試驗，觀察試品表面是否有損傷，并測量受潮前和受潮后的泄漏電流，結果見表5。經上述電氣和機械試驗，所選用環氧環氧樹脂玻璃鋼管材的性能參數能夠滿足帶電作業工器具設計、加工標準要求[19-20]。

3平臺穩定性計算

按照絕緣平臺的結構設計，其力學模型可以等效為細長壓桿。理想狀態壓桿受力時保持垂直直線度，但實際壓桿受力時直線會發生偏移。當受力小于臨界力，受力消除后壓桿能夠恢復直線狀態，受力超過臨界力則不能恢復，此時壓桿將喪失其穩定性。

3.1柔度λ計算壓桿柔度可采用式(1)計算式(1)中：μ為長度系數，由于平臺每節6m采用絕緣防風控制繩固定，可視為兩端固定，取0.5；L為壓桿長度，取6m；i為截面慣性半徑，取17.5mm，計算得到λ=171。

3.2臨界柔度λP計算壓桿臨界柔度λP可采用式(2)計算

3.3臨界壓力Pcr計算壓桿臨界壓力Pcr可采用式(3)計算

4平臺整體性能試驗

絕緣平臺整體性能測試包括電氣試驗和機械試驗兩部分，在中國電科院特高壓試驗場進行，試驗現場見圖2。

4.1工頻耐壓試驗將絕緣平臺分段選取6.3m作為加壓電極間隙距離，施加1150kV工頻試驗電壓并持續3min，試驗過程中未發生閃絡和擊穿。

4.2操作沖擊耐壓試驗同樣選取6.3m試驗間隙距離，施加15次1695kV標準操作波進行沖擊試驗，試驗過程中未發生閃絡和擊穿。

4.3靜荷載試驗將絕緣平臺工作斗升至最高設計高度20m，在作業平面加載2.5倍額定荷載(250kN)，持續5min，試驗過程中未發生異常聲響，無斷裂現象。

4.4動荷載試驗在絕緣平臺作業面加載1.5倍額定荷載(150kN)，將工作斗逐步升至最高，反復升降5次，試驗過程中絕緣平臺穩固，未發生異常聲響，無斷裂現象。經整體性能試驗驗證，絕緣平臺的電氣性能和機械性能均能夠滿足帶電作業工器具標準要求，達到設計預期目標。

5結語

相較于輸電線路帶電作業技術及配網不停電作業技術的廣泛應用，變電站帶電作業技術的探索已成為制約中國帶電作業技術整體水平提升的重要因素。特別是由于沒有合適的檢修平臺，500kV及以上電壓等級變電站管母類作業項目難以實施帶電檢修。該次研制的特高壓變電站帶電作業絕緣平臺充分考慮了站內設備緊湊、空間間距狹小的特點，選用具有良好電氣和機械性能的環氧樹脂玻璃鋼進行平臺的主體加工，整體性能滿足帶電作業工器具標準要求，與現有絕緣平臺相比具有以下3個顯著特點：1)該平臺是目前國內外首個可用于1000kV特高壓帶電作業的檢修平臺。2)平臺結構設計簡潔、組裝便捷，采用多節多級模式，便于運輸保管，現場可根據作業高度需求選擇合適的絕緣梯節數，已驗證作業高度達20m。3)平臺設計安全系數高，設計工作荷載100kN，遠超現場實際工作需求。

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作者：肖賓 劉凱 陳磊 吳田 劉庭 單位：中國電力科學研究院 國網陜西省電力公司