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2中国配电带电作业绝缘防护绝缘遮蔽用具的研发及应用

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  2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 我国配电带电作业绝缘防护绝缘遮蔽用具 的研发及应用 郝旭东 王 辉 顾 超 北京 100045) (华北电力科学研究院有限责任公司 【摘 要】对国内配电带电作业绝缘防护用及和遮蔽用具情况进行调研,根据我国配电带电作业实际情况, 研究开发符合标准、符合国情的配电带电作业防护用具和遮蔽用具,2009 年研制成功防潮(防水)树脂绝缘毯,并 针对目前使用的进口树脂绝缘服前襟开门没有绝缘等严重缺陷,研制出防潮型前襟全绝缘的树脂绝缘服、绝缘披肩 等,2011 年在国内首次采用橡胶材料研制出具有自主知识产权的配电架空线路带电作业软质遮蔽用具。首次将 10kV 配电带电作业绝缘防护、遮蔽用具统一颜色为黄色,方便不同电压等级遮蔽用具区分。 【关键词】配电线路 带电作业 绝缘防护用具 绝缘遮蔽用具 1 引言 随着我国经济的快速发展,在电力行业 10kV 配电线路带电作业越来越受到供电部门的重视,它 直接影响供电的可靠率以及用户的使用 。由于配网线路设计形式多样、设备种类繁多,并且目前 所有配网带电作业绝缘防护用及和遮蔽用具基本是引进国外产品(见图 1) ,难以适应国内配电带电 作业 [2,3] [1] 。本文对我国配电带电作业绝缘防护用及和遮蔽用具情况进行调研,根据我国配电带电作业 实际情况,研究开发符合标准、符合国情的配电带电作业防护用具和遮蔽用具,2009 年度研制成功 防潮(防水)树脂绝缘毯,并针对目前使用的进口树脂绝缘服前襟开门没有绝缘等严重缺陷,研制 出防潮型前襟全绝缘的树脂绝缘服、绝缘披肩等,2011 年在国内首次采用橡胶材料研制出具有自主 知识产权的配电架空线路带电作业软质遮蔽用具 7 种:带电作业用导线 种(绝缘手套法和 操作杆法) 、P20 针式绝缘子遮蔽罩 2 种(绝缘手套法和操作杆法) 、横担遮蔽罩、跌落式保险遮蔽 罩和引流线遮蔽罩等。新研制的绝缘防护用及和遮蔽用具通过国网电科院型式试验,并将 10kV 配电 带电作业绝缘防护及绝缘遮蔽用具统一颜色为黄色,方便不同电压等级遮蔽用具区分。 11 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图1 进口部分工具图 2 配电绝缘防护用具研制及应用 2.1 国内外情况调研及事故分析 目前国内 10kV 配电带电作业绝大多数作业是使用绝缘斗臂车, 并穿全套绝缘服进行全绝缘带电 作业。根据 10kV 配电带电作业的特点,目前必须使用全绝缘作业,也就是作业人员必须是穿戴全套 的绝缘防护用具、 戴绝缘手套才能直接对带电体进行作业。 其主要原因是因为 10kV 配电线路间隙小、 设备布置复杂,作业人员极易同时触及两个不同电位设备,而造成伤害。所以为了保护作业人员人 身安全和设备安全,国家标准要求配电带电作业人员在使用绝缘斗臂车作业时,必须穿戴全套人身 防护用具,必须对作业周围可能触及的设备和接地体用绝缘遮蔽用具进行遮蔽,防止发生人身和设 备事故。 2009 年四季度,中国北方某供电公司带电班,在进行 10kV 配电线路带电作业时,未对横担接 地体进行遮蔽,人身穿戴目前广泛使用的进口树脂绝缘服,作业中因其他因素作业人员又违章摘掉 绝缘手套,造成带电体经人手,通过心脏到人胸前(进口绝缘服前胸无有效绝缘)对接地横担(未 有效遮蔽)放电,带电作业人员被电死在绝缘斗臂车上。事故起因虽然是作业人员违章摘掉绝缘手 套,但其实际应有多个违章致人身伤害,其一是如果横担接地体如果进行了有效绝缘遮蔽,带电体 至接地体间的通道将被隔断,后续事故不会发生;其二既是接地体没有有效绝缘遮蔽,但作业人员 穿戴的绝缘服如果前襟能够起到有效绝缘防护的话,此事故也不会发生;其三是作业人员最后一道 防护绝缘手套也因其他原因摘掉,至使发生作业人员在斗臂车上电击死亡的惨剧,示意图见图 2。 12 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 2010 年 10 月, 某供电公司带电班, 在进行 10kV 配电线路中相直线绝缘子固定螺栓带电消缺作业时, 同样是未对带电导线进行有效地绝缘遮蔽,在加装绝缘子固定抱箍螺栓作业中,作业人员摘掉绝缘 手套,因其穿戴的橡胶绝缘袖套不便,作业人员抬手抖褪袖套以方便手作业,在抬手瞬间手触及未 遮蔽好的导线,带电导线经人手通过心脏到另一只手到接地体放电,至使作业人员被电死在绝缘都 臂车上。通过这两起事故案例分析可以得出这样结论,一是作业人员对带电体、接地体没有进行有 效地绝缘遮蔽;二是进口树脂绝缘服前襟由于开门没有绝缘,进口橡胶绝缘袖套弹性大不遂弯影响 手作业;三是作业人员违章摘掉最后保障的绝缘手套;三个环节有一个环节得到保障,这两起事故 也能避免发生。从对用户提供不间断供电原则出发,今后在全国配电带电作业工作量将越来越多, 因此有必要研究对带电作业人员的安全防护。 图2 2009 年事故分析示意图 通过对事故案例分析,可以看出配电带电作业人身防护用具非常重要,而目前我国使用的人身 防护用具、遮蔽用具基本上都是进口产品,而其中某些防护产品不适应我国国情(如进口树脂绝缘 服前襟开门没有绝缘、进口橡胶绝缘袖套弹性大不遂弯) 。因为我国作业人员整体素质偏低,执行规 章制度不严格,很多随意性动作,这就需要我国作业人员穿戴的防护用具性能更完善、更标准。如 果作业人员穿戴的绝缘服前襟有有效绝缘防护,既是作业人员违章摘掉绝缘手套,2009 年事故也可 能会避免,示意图见图 3。如果作业人员穿戴的绝缘袖套很柔软随弯,作业人员也就不会抬手抖缩 袖套,即使作业人员违章摘掉绝缘手套,2010 年事故也可能会避免;所以看出合适的防护用具会对 安全起到至关重要的作用。 13 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图3 事故防范示意图 2.2 配电防潮绝缘防护用具的研制 目前大部分进口树脂防护遮蔽产品没有达到国际 IEC 和我国国家及电力行业标准要求。 IEC61112《带电作业用绝缘毯》标准、中国电力行业标准 DL/T803-2002《带电作业用绝缘毯》及国 家电网公司企业标准 Q/GDW711-2012《10kV 带电作业用绝缘防护用具、遮蔽用具技术导则》中均有 关于浸水(16h,耐压试验)防潮耐压试验要求。但现今进口的树脂绝缘毯,其存在致命缺陷就是防 潮性能极差,一旦作业时天气潮湿或突遇小雨或作业人员出汗致使绝缘毯绝缘服受潮,其绝缘性能 将大幅下降甚至击穿,这将给现场带电作业工作留有安全隐患。而进口的橡胶绝缘毯,性能较好, 达到 IEC 及中国电力行业标准关于浸水(16h,耐压试验)防潮试验要求,但其较厚(3.8mm) ,弹性 较大、柔软随意性差,在国内逐渐退出使用。另外由于绝大多数绝缘防护、遮蔽用具都是进口的, 而且国家、厂家不同,标准不一,至使我国目前使用的工具颜色制式极不统一,尤其是我国即将开 展 20、35kV 配电带电作业,不同电压等级绝缘用具极易发生使用混乱,造成事故隐患。分析目前使 用的防护用具、遮蔽用具种种缺陷,我们急需开发研究适合我国国情的、符合标准的带电作业绝缘 防护用具。我国现将配电带电作业工具分为 0、1、2、3、4 五个级别,计划将各级工具颜色统一为: 白、蓝、黄、橙、红。自 2008 年以来,华北电网有限公司带电作业培训中心(华北电力科学研究院 有限责任公司)根据我国配电带电作业实际情况,开始立科技项目研究开发符合标准、符合国情的 配电带电作业防护用具和遮蔽用具。 2008--2009 年度华北电网有限公司立项研制防潮(防水)树脂绝缘毯,目前使用的树脂绝缘毯 致命缺陷是不能按标准要求达到防潮要求,一旦作业时受潮,其绝缘性能将大幅下降甚至击穿,为 此华北带电作业中心从原材料性能、表面涂层、制作工艺等方面展开研究,终于克服各项难点,研 制出防潮(防水)树脂绝缘毯,按照 IEC61112 和 DL/T803《带电作业用绝缘毯》标准,通过国网电 力科学研究院电气设备检测中心型式试验,见表 1,各项指标均达到标准要求,尤其是浸水 16h 后 交流耐压试验,通过型式试验检测,并超过标准要求可以达到浸水 16h 后交流耐压 30kV/3min,成 14 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 为国内唯一按照标准通过型式试验的绝缘毯,申请了国家发明专利和实用新型专利;防潮(防水) 树脂绝缘毯厚度仅为 1.9mm,柔软度优于进口产品,见图 4。防潮(防水)树脂绝缘毯研制成功后, 马上开展绝缘服研制,利用制作防潮(防水)树脂绝缘毯原理制成了防潮绝缘服,并针对目前使用 的进口树脂绝缘服前襟开门没有绝缘等严重缺陷,研制出防潮型前襟全绝缘的树脂绝缘服、绝缘披 肩等,于 2010 年 6 月在国网电力科学研究院电气设备检测中心进行型式试验,各项指标均达到标准 要求,尤其是也增加了绝缘服浸水 16h 后交流耐压试验,通过型式试验检测,成为国内唯一按照标 准通过型式试验的防潮型前襟全绝缘的树脂绝缘服,申请了国家绝缘服外观新型专利。防潮绝缘服 厚度仅为 1.5mm,柔软度优于进口产品,见图 5。 2009 年华北电网有限公司带电作业培训中心又与广东肇庆华兴华为劳保用品制造有限公司合 作,开发研制国产 10kV 配电带电作业绝缘手套,尤其是针对手套的手型、柔软度、厚度、颜色展开 攻关,终于研制成功生产出国产 10kV 配电带电作业绝缘手套,各项性能指标均达到 IEC 和国家标准 要求,并且在柔软度、厚度、价格上均优于国外同类产品,尤其是在颜色上新增加了黄色 10kV 配电 带电作业橡胶绝缘手套,达到了 10kV 配电带电作业工具统一颜色的新要求,见图 6。 表1 试验项目 防潮脂绝缘毯型式试验结果 试验条件 试验结果 标准值 试验值 30kV 1min 20kV 3min 20kV 3min 评 价 合 格 合 格 合 格 1 工频耐压试验 度 28℃ 湿度 53% 将试品浸入 100Ω﹒m 水中 15min,取出擦干表面水珠, 阴凉 15min 后进行 将试品至于温度 23℃、湿度 93%的环境中受潮 168h 取出进行 30kV 1min 20kV 3min 20kV 3min 2 浸水试验 3 受潮试验 图4 防潮型树脂绝缘毯 15 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图5 防潮型前襟全绝缘的树脂绝缘服、绝缘披肩 图6 10kV 配电带电作业绝缘手套 2.3 配电防潮绝缘防护用具应用 配电防潮绝缘防护用具于 2010 年 8 月正式投入使用,市场反应强烈,尤其是在 2010 年 10 月在 湖南长沙举办的国网 10kV 配电线路带电作业表演赛上得到了使用和展示,成为 2011 年国网配电带 电作业比武指定绝缘防护用具,见图 7。新研制的防潮绝缘防护用具比进口产品柔软轻便,解决了 以往产品的不足,具有良好的电气和机械性能,可以很好的保护工人人身安全,为配电带电作业广泛 开展打下物质基础。 16 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图7 防潮绝缘防护用具应用 3 配电带电作业软质绝缘遮蔽用具研制及应用 3.1 遮蔽用具技术要求 由于配网线路设计形式多样、设备种类繁多,并且目前所有配网带电作业用遮蔽用具全部是引 进国外产品,难以适应国产设备的遮蔽。带电作业的工作环境电磁场强度高,大部分时间在露天作 业,我国幅员辽阔,南北东西气候差异较大,既有低于-50℃严寒天气,又有超过 50℃的高温湿热 天气,所以对于带电作业绝缘防护产品的要求相对较高。带电作业用绝缘防护用具应具有良好的电 气绝缘性能、较高机械强度,同时还应具有防潮湿、耐老化等优点 [4-6] 。为了现场作业的方便,绝缘 遮蔽用具还应质量轻、操作方便、不易损坏。具体技术要求如下: (1) 配电带电作业遮蔽用具研制执行 GB12168-2006《带电作业用遮蔽罩》 DL/T880-2004《带 和 电作业用导线软质遮蔽罩》两个标准。遮蔽用具组合相互搭接必须满足 150mm。其中重要的电气绝 缘耐压试验标准规定 30kV 1min。尤其是原大部分国产遮蔽罩均达不到要求。 (2)遮蔽用具工艺必须符合要求,以减少产品的尺寸误差。遮蔽用具端部应考虑与其它防护罩 相联结,且便于进行组装,联结处应不出现间隙,并能承受所要求的电气试验。 (3)遮蔽用具在结构上应有提环、筒眼、挂钩等部件,以利现场操作。 遮蔽用具上应设有闭 销,防止在使用中,或在外力作用下突然滑落 (4)10 kV 配电绝缘遮蔽罩统一颜色为黄色。国内配电线kV 等电压等 级,目前 10 kV 配电带电作业用具以黄色为主,为了防止不同电压等级遮蔽用具错拿错用,造成安 全事故, 10 kV 配电带电作业工具颜色统一为黄色 。 将 国家电网公司企业标准 Q/GDW711-2012 《10kV 带电作业用绝缘防护用具、遮蔽用具技术导则》中第 5.4 颜色中,已明确规定为黄色,为今后规范 带电作业起到引导作用。 3.2 遮蔽用具材质选择及配方研究 带电作业特殊的使用环境,对遮蔽用具材质有很高的要求,遮蔽用具材质电气、机械、化学性 能须满足要求,达到 GB12168-2006《带电作业用遮蔽罩》标准的要求,材质比重尽可能小些, 以减 17 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 轻带电作业时(尤其在地电位作业时) 的操作重量。 易于加工成型, 简化配料过程, 以降低加工成本 [7,8] 。 选取天然橡胶和三元乙丙橡胶作为基本材料, 三元乙丙橡胶是一种饱和度较高的橡胶,具有优 良的耐老化性能、耐天候性、电绝缘性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧性,使用温度范围-60-150 ℃。 在选择了主料后,加入适量填料, 填料的选择主要考虑绝缘性好的浅色填料,例如白炭灰等。 为方便不同电压等级遮蔽用具区分,10kV 级绝缘遮蔽罩统一颜色为黄色,经过对橡胶配方的反复调 试,完成天然橡胶和三元乙丙橡胶两种配方,达到了标准要求,性能如表 2 所示: 表2 序号 1 2 3 4 5 项目 硬度(邵氏度) 拉断强度(MPa) 断裂伸长率(%) 比重(g/cm3) 体积电阻(Ω) 天然橡胶和三元乙丙橡胶配方性能 天然橡胶配方 61 14.8 534 1.21 7.5x10 12 三元乙丙橡胶配方 78 16.6 458 1.25 1.8x1013 3.3 绝缘遮蔽用具设计及制作 按照 DL/T880-2004《带电作业用导线软质遮蔽罩》相关要求,遮蔽用具组合相互搭接必须满足 150mm。为了满足搭接要求,引流线遮蔽罩和导线遮蔽罩(绝缘手套法用)内部采用“舌头式”设计, 在遮蔽罩内部实现 150mm 搭接,这样既保证了绝缘强度,又能减小遮蔽罩尺寸,方便使用。操作杆 法带电作业使用的导线遮蔽罩由于要采用绝缘操作杆装拆遮蔽罩,若采用“舌头式”设计,安装及 拆卸及其不便,此次独特采用了向外撇开口并加长绝缘遮蔽的设计,不仅保证了安全距离,而且拆 装方便,具有自主知识产权和专利。 在国内首次采用橡胶材料研制出的 10kV 带电作业专用遮蔽用具 7 种:带电作业用导线 种(绝缘手套法和操作杆法) 、P20 针式绝缘子遮蔽罩 2 种(绝缘手套法和操作杆法) 、横担遮蔽罩、 跌落式保险遮蔽罩和引流线kV 配电带电作业遮蔽用具统一颜色为黄色,方便不同 电压等级遮蔽用具区分。引流线遮蔽罩采用比较柔软的天然橡胶配方,其它遮蔽用具采用三元乙丙 橡胶配方。如图 8-14 所示。 图8 导线遮蔽罩(绝缘手套法) 18 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图9 导线遮蔽罩(操作杆法) 图 10 引流线 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 图 13 针式绝缘子遮蔽罩(操作杆法) 图 14 针式绝缘子遮蔽罩(绝缘手套法) 根据 GB12168-2006《带电作业用遮蔽罩》和 DL/T880-2004《带电作业用导线软质遮蔽罩》两个 标准,对配电带电作业专用遮蔽用具进行试验,由于各种遮蔽罩材质相同,选择导线遮蔽罩和引流 线遮蔽罩进行型式试验 ,因为这两款遮蔽罩分别采用两种配方,且型式比较复杂,试验单位为国 网电科院检测中心,全部按国家标准进行的型式试验项目均合格,这也是目前国内仅有的进行过型 式试验的配电带电作业产品,部分试验项目试验结果如表 3 所示。 表3 序号 1 2 3 4 5 6 7 20 项目 拉伸强度 伸长率 抗机械刺穿 拉伸永久变形 交流耐压(预湿后) 组合电气试验 老化试验 [9] 遮蔽罩型式试验 标准要求 平均拉伸强度≮11MPa 平均伸长率≮350% 平均抗机械刺穿力≮30N 拉伸永久变形≯15% 交流耐压 30kV3min 20kV3min 老化后机械刺穿力≮30N 试验结果 导线N 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 3.4 绝缘遮蔽用具现场应用 华北电网利用研制的 10kV 带电作业专用遮蔽用具, 参加国家电网公司配电带电作业比武以及带 电作业日常生产工作,如图 15-16 所示。新研制的遮蔽用具比进口产品柔软轻便,具有良好的电气 和机械性能,并将 10kV 带电作业遮蔽用具统一颜色为黄色,方便了不同电压等级遮蔽用具区分,得 到基层单位带电作业人员的广泛好评。 并在 2011 年 11 月国家电公司 10kV 配电线路带电作业竞赛中 指定使用。 图 15 遮蔽用具现场应用 图 16 国网配电带电作业比武应用 4 结语 本文对国内配电带电作业绝缘防护用及和遮蔽用具情况进行调研,根据我国配电带电作业实际 情况, 研究开发符合标准、 符合国情的配电带电作业防护用具和遮蔽用具, 2009 年研制成功防潮 (防 21 2012 年供电企业带电作业技术研讨会论文集 水)树脂绝缘毯,并针对目前使用的进口树脂绝缘服前襟开门没有绝缘等严重缺陷,研制出防潮型 前襟全绝缘的树脂绝缘服、绝缘披肩等,2011 年在国内首次采用橡胶材料研制出具有自主知识产权 的配电带电作业软质遮蔽用具 7 种:带电作业用导线 种(绝缘手套法和操作杆法) 、P20 针 式绝缘子遮蔽罩 2 种(绝缘手套法和操作杆法) 、横担遮蔽罩、跌落式保险遮蔽罩和引流线遮蔽罩。 所有研制的绝缘防护、遮蔽用具均通过国网电科院型式试验,并将 10kV 带电作业绝缘防护、遮蔽用 具统一颜色为黄色,方便不同电压等级遮蔽用具区分。所有产品均已在带电作业检修生产中应用并 得到好评。 参考文献: [1] 胡毅. 输配电线路带电作业技术的研究与发展 [J ]高电压技术,2006,32 (11) :1-10. [2] 胡毅,王力农,黄小明,配电线路带电作业方式及安全防护[J ]电力安全技术,2001,3 (5) :47-48. [3] 胡毅. 国内外带电作业发展趋势及带电作业工器具标准制订[J].电力标准化与计量,1999,27:19-24. [4] GB/T 18037—2000 带电作业工具基本技术要求与设计导则[S]. [5] IEC 60743-2001. Living Working Terminology for ToolsEquipment and Devices[S]. [6] GB/T18857-2000 配电线路带电作业技术导则[S] [7] 胡毅.配电线路带电作业技术.[M].中国电力出版社,2002. [8] 胡毅,10kV 配电线路带电作业方绝缘服的研制[J ]电力安全技术,1999,1(6) :44-47。 [9] 刘国扬. 带电作业用绝缘遮蔽罩的研制及试验[J].东电力技术,1988,3:162-167. 作者简介: 郝旭东 1961—,男,高级工程师,全国带电作业标准化委员会委员,主要从事高电压技术、带电作业方面的研 究。 王 辉 1983—,男,工程师,主要从事高电压技术、带电作业方面的研究。 22