電氣安全凈距計(jì)算方法的對比分析

李璟，常阿飛

(國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

0 引言

為了防止人體觸及或過分接近帶電體，防止車輛和其他物體碰撞帶電體，避免發(fā)生各種短路、火災(zāi)和爆炸事故，人體與帶電體之間、帶電體與地面之間、帶電體與帶電體之間、帶電體與其他物體和設(shè)施之間，都必須保持一定的安全距離。因此，在發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)中，設(shè)備之間距離的選擇極其重要。

DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中給出了各個(gè)電壓等級下配電裝置的最小安全凈距A，A包括相地最小安全凈距A1和相間最小安全凈距A2［1］。標(biāo)準(zhǔn)中指出:220 kV及以下配電裝置的A值采用慣用法確定，330 kV及以上配電裝置的A值采用統(tǒng)計(jì)法確定，但標(biāo)準(zhǔn)中并未給出A值的計(jì)算方法。本文通過對比國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，探討電氣最小安全凈距A和最小電氣安全距離DU的關(guān)系，從而得到電氣安全凈距的計(jì)算方法。

1 國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)最小電氣安全距離計(jì)算方法比較

GB/T 19185—2008《交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法》給出最小安全距離D的計(jì)算公式為［2］式中:DU為最小電氣安全距離，即能夠保證作業(yè)間隙呈現(xiàn)90%概率沖擊耐受的最小間隙距離;DE為人體活動(dòng)范圍，即人體處于作業(yè)間隙的部分在間隙軸線上的投影長度。

式中:U90%為90%統(tǒng)計(jì)耐受電壓;U2%為2%統(tǒng)計(jì)過電壓;Um為最高運(yùn)行電壓;ke為相地2%統(tǒng)計(jì)過電壓倍數(shù);kp為相間2%統(tǒng)計(jì)過電壓倍數(shù);ks為統(tǒng)計(jì)安全系數(shù);kt為綜合系數(shù)。由于在雷雨條件下不允許進(jìn)行帶電作業(yè)，因此U2%為操作統(tǒng)計(jì)過電壓。

IEC 61472—2004《帶電作業(yè) 電壓范圍為72.5～800 kV最小接近距離計(jì)算方法》中最小電氣安全距離計(jì)算方法為［3］

式中:s為中間電位導(dǎo)體長度。

式中:Us，ke2，kp2對應(yīng)國標(biāo)中的 Um，ke，kp。

比較式(2)～式(4)與式(6)～式(8)可知，當(dāng)s=0時(shí)，國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)的相地、相間最小電氣安全距離計(jì)算方法一致;比較式(5)與式(9)可知，IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的kp2值要大于國標(biāo)計(jì)算出的kp值，進(jìn)一步計(jì)算出的最小電氣安全距離也偏大，在選擇相間安全距離時(shí)更保守。

公式(2)中kt為綜合系數(shù)，GB/T 19185—2008中未給出kt的計(jì)算方法，由IEC標(biāo)準(zhǔn)可知，綜合系數(shù)kt為

式中:kg為間隙系數(shù);ka為海拔修正系數(shù);kf為標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù);ki絕緣子串系數(shù)。

由式(10)可知，最小電氣安全距離DU不僅與2%統(tǒng)計(jì)過電壓有關(guān)，還與海拔、導(dǎo)體形狀等因素有關(guān)。

2 按國標(biāo)計(jì)算的最小電氣安全距離與最小安全凈距的比較

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，海拔為0 m時(shí)，取ks=1.100，kg=1.100(相地)或1.450(相間)，ka=1.000，kf=0.936，ki=1.000。根據(jù)式(2)～ 式(5)可求得國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電壓下的帶電作業(yè)最小電氣安全距離DU，見表1。

圖1和圖2為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓下，根據(jù)國標(biāo)最小電氣安全距離計(jì)算方法得出的相地及相間最小安全距離DU與規(guī)程DL/T 5352—2006《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》給出的最小安全凈距A的比較(110，220，330，500 kV 下 ke分別為 3.5，3.0，2.7，2.0)。由圖1、圖2可以看出:最小電氣安全距離DU與最小安全凈距A在110～330 kV下比較接近;500 kV時(shí)最小安全凈距A大于最小電氣安全距離DU。

3 按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的最小電氣安全距離與最小安全凈距的比較

表2、表3為按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的相地最小安全凈距與相間最小安全凈距，按表2、表3中操作過電壓的取值，根據(jù)式(6)可計(jì)算出相應(yīng)操作過電壓下相地與相間最小安全凈距A1，A2。計(jì)算條件為:標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，海拔為 0 m，ks=1.100，kg=1.100(相地)或1.450(相間)，ka=1.000，kf=0.936，ki=1.000。

圖3為按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的相地最小電氣安全距離DU與IEC 60071—2006給出的最小安全凈距A1的比較［4］。由圖3可以看出:操作過電壓為600～1800 kV時(shí)，相地最小安全凈距A1與最小電氣安全距離DU基本一致。

圖4為按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的相間最小電氣安全距離DU與IEC 60071—2006給出的最小安全凈距A2的比較，由圖4可以看出:在相同操作過電壓下，兩者數(shù)值基本一致。

表1 按國標(biāo)計(jì)算的最小電氣安全距離

表2 按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的相地最小安全凈距A1

表3 按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的相間最小安全凈距A2

圖3 按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的相地最小電氣安全距離與最小安全凈距的比較

操作過電壓是計(jì)算最小電氣安全距離的決定因素，國標(biāo)下的操作過電壓取值基于ke和kp，IEC標(biāo)準(zhǔn)則直接給出了操作過電壓的數(shù)值。操作過電壓為600～1800 kV時(shí)，按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的最小電氣安全距離與最小安全凈距基本一致;按國標(biāo)計(jì)算時(shí)，在330 kV下，最小電氣安全距離與最小安全凈距基本一致，550 kV時(shí)差距較大。文獻(xiàn)［5］提出，500 kV應(yīng)以帶接地故障時(shí)的分閘過電壓作為確定帶電作業(yè)最小安全距離所需要的操作過電壓值。除特別長的線

圖4 按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的相間最小電氣安全距離與最小安全凈距的比較

路外，可取電壓標(biāo)幺值為119 p.u.，相應(yīng)減少最小電氣安全距離，以達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。規(guī)程DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中提到，對330 kV及以上電壓等級采用統(tǒng)計(jì)法［6］。因此，在電氣設(shè)計(jì)中，國外工程的最小安全凈距可根據(jù)式(6)和不同過電壓等級求得，國內(nèi)工程330 kV以下可根據(jù)公式(2)求得，330 kV及以上可根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況得到統(tǒng)計(jì)操作過電壓數(shù)值，再代入式(2)進(jìn)行最小電氣安全距離的計(jì)算。

4 結(jié)論

(1)當(dāng)s=0時(shí)，國標(biāo)與IEC標(biāo)準(zhǔn)下相地間最小電氣安全距離的計(jì)算方法一致。

(2)按國標(biāo)計(jì)算的最小電氣安全距離DU與最小安全凈距A在110～330 kV下比較接近，500 kV時(shí)最小安全凈距A大于最小電氣安全距離DU。

(3)將按IEC標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的相間最小電氣安全距離DU與IEC 60071—2006給出的相間最小安全凈距A2進(jìn)行比較可知:在相同操作過電壓下，兩者數(shù)值基本一致。

(4)在電氣設(shè)計(jì)中，國外工程可根據(jù)式(6)求得最小電氣安全距離，國內(nèi)工程330 kV以下可根據(jù)式(2)求得，330 kV以上可根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況得到操作過電壓數(shù)值，根據(jù)操作過電壓進(jìn)行最小電氣安全距離的計(jì)算。

［1］DL/T 5352—2006，高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］GB/T 19185—2008，交流線路帶電作業(yè)安全距離計(jì)算方法［S］.

［3］IEC 61472—2004，Living Working Minimum Approach Distances for a.c.Systems in the Voltage Range 72.5 to 800 kV——A Method of Calculation［S］.

［4］IEC 60071—2006，Insulation Co-ordination［S］.

［5］谷定燮，周沛洪.確定500 kV線路帶電作業(yè)安全距離的最大過電壓［J］.高電壓技術(shù)，2000，26(5):32 －33.

［6］DL/T 620—1997，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.