中壓配電網(wǎng)帶電作業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

馮 濤，侯智博，申 杰，趙品賢

（國網(wǎng)上海松江供電公司，上海 松江 210600）

隨著工業(yè)化進程的加快，國民經(jīng)濟發(fā)展對配網(wǎng)供電質(zhì)量的要求越來越高，提高配網(wǎng)供電可靠性對社會發(fā)展至關(guān)重要[1]。然而，配網(wǎng)高故障率、復(fù)雜的地理環(huán)境[2-3]和多元化的設(shè)備[4]給檢修帶來困難。目前國內(nèi)主要以停電作業(yè)為主的配網(wǎng)檢修方式，停電范圍廣、缺電時限長，因此亟須停電范圍小、停電時間短的帶電作業(yè)才能很好地解決這個問題。

本文基于10 kV 配電網(wǎng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，總結(jié)配網(wǎng)檢修存在的難點，詳細歸納現(xiàn)有的帶電作業(yè)方法，分析不同帶電作業(yè)法泄漏電流回路，根據(jù)泄漏電流進行帶電作業(yè)的安全可行性分析，對未來中壓配網(wǎng)帶電作業(yè)的形式提出了展望。

1 中壓配電線路結(jié)構(gòu)特征

1.1 中壓配電線路結(jié)構(gòu)

中壓配電網(wǎng)具有多分支的特點[5]，本文以華東地區(qū)10 kV 中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，配網(wǎng)中某條配電線路示意圖如圖1 所示。圖中Bus 1、Bus 2、Bus 3、Bus 4、Bus 5 代表集中負荷所在節(jié)點，Bus 2-1 和Bus 2-2 分別為分支線路上負荷2 和負荷3 所在節(jié)點，Bus A 和Bus B 分別為變電站A 出口母線、變電站B 出口母線?？紤]到現(xiàn)實用電可靠性，10 kV 配網(wǎng)線路大多采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行。該10 kV 配網(wǎng)線路受電電源為變電站A，通過聯(lián)絡(luò)斷路器與變電站B 構(gòu)成閉環(huán)，Bus A 出口柱上斷路器采用常閉運行方式，聯(lián)絡(luò)斷路器（Bus B 端）采用常開運行方式。該配網(wǎng)變電站A 和變電站B 主變壓器額定容量均為50 MV·A，額定變比為110/10 kV。圖中將配網(wǎng)負荷劃分為5 個集中負荷，以Bus 3 集中負荷4為例，每個集中負荷由5 個用戶組成，5 個用戶包含若干個低壓用戶和若干個中壓用戶。

圖1 10 kV 配電線路結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 中壓配電線路檢修難點

從圖1 可以看出，10 kV 配電線路檢修存在3個難點：（1）與輸電線路不同的是，配電線路分支數(shù)量多、分布廣，因此出現(xiàn)故障后巡線效率較低，造成停電時間長，擴大停電范圍 ；（2）配電架空線路走廊環(huán)境復(fù)雜，多與樹、建筑物等接地體相近，不易于及時查找故障點，且容易受到小動物侵擾造成接地短路故障，同時暴風(fēng)雨季節(jié)樹木倒塌會造成短路和斷線故障；（3）架設(shè)高度低，一般15 m 或13 m 電桿架設(shè)，受到地面塑料膜、風(fēng)箏等威脅大，造成短路故障。

根據(jù)配網(wǎng)檢修存在的問題，造成停電影響大，積極推廣配網(wǎng)帶電作業(yè)以適應(yīng)社會經(jīng)濟生產(chǎn)發(fā)展的需要。

2 帶電作業(yè)技術(shù)發(fā)展

帶電作業(yè)根據(jù)項目內(nèi)容可分為33 類[3]，這33類帶電作業(yè)項目有3 類不同的劃分標準，包括基于作業(yè)工具分類、基于電位回路分類和基于停電范圍分類。

2.1 基于作業(yè)工具分類

根據(jù)帶電作業(yè)使用的絕緣工器具分類，可分為絕緣桿作業(yè)法和絕緣手套作業(yè)法。

2.1.1 絕緣桿作業(yè)法

絕緣桿作業(yè)法以腳扣登桿或絕緣平臺為基礎(chǔ)，利用絕緣操作桿作為人與帶電體之間的主絕緣。國內(nèi)外初期帶電作業(yè)都是從絕緣桿作業(yè)法開始，作業(yè)人員通過絕緣操作桿開展一系列簡單的作業(yè)內(nèi)容。絕緣桿作業(yè)法對作業(yè)工具的要求較低，人體不接觸帶電體，不須要開展復(fù)雜的絕緣遮蔽工作，降低安全風(fēng)險[6]，作業(yè)時一直舉著操作桿，對體能要求高。采用絕緣操作桿作業(yè)可以保證足夠的空氣間隙，適合桿上設(shè)備較多、接線復(fù)雜以及多回線路間距離較小等場合。同時絕緣桿作業(yè)法對絕緣平臺的要求較為靈活，在高架車等移動式平臺無法到達的環(huán)境下廣泛應(yīng)用。

2.1.2 絕緣手套作業(yè)法

隨著新材料的發(fā)展，越來越豐富的絕緣工具研發(fā)投產(chǎn)[7]，極大地推動了絕緣手套作業(yè)法的發(fā)展。絕緣手套作業(yè)法主要采用高架車等絕緣平臺開展帶電作業(yè)，作業(yè)人員戴絕緣手套接觸帶電體，與帶電體之間的安全距離往往得不到滿足，因此對作業(yè)范圍能觸及的帶電體、接地體都要進行嚴格的絕緣遮蔽[8]，對絕緣工具要求高。相較于絕緣桿作業(yè)法，絕緣手套作業(yè)法具有較強的靈活性，能開展更多更復(fù)雜的帶電作業(yè)項目，對體能要求低，是目前適用最廣泛的作業(yè)形式。

2.2 基于電流回路分類

根據(jù)帶電作業(yè)時流經(jīng)人體的泄漏電流回路分類，可以將帶電作業(yè)分為3 類：等電位法、中間電位法和地電位法。

2.2.1 等電位法

等電位法是指人體與帶電體處于同一電位開展作業(yè)，泄漏電流回路為帶電體-人體-絕緣體-接地體。等電位法如圖2 所示：（a）表示等電位法下人體與帶電體相對位置示意圖；（b）表示等電位法泄漏電流回路圖。圖2 中UAC為帶電體對地電壓，IC為流經(jīng)人體的泄漏電流，Z人為人體等效阻抗，Z絕緣體為絕緣體等效阻抗。

圖2 等電位法

等電位法時作業(yè)人員穿戴屏蔽服，直接與帶電體接觸。由于配網(wǎng)相間距較小、相地距離短，作業(yè)人員進行電位轉(zhuǎn)移時容易發(fā)生短路事故，因此配電網(wǎng)一般不采用等電位法[9]。

2.2.2 中間電位法

中間電位法[8]包括所有絕緣手套作業(yè)法和基于絕緣平臺的絕緣桿作業(yè)法。作業(yè)時，作業(yè)人員采用絕緣手套或絕緣操作桿與帶電體接觸，通過絕緣平臺與接地體接觸，泄漏電流回路為帶電體-絕緣體-人體-絕緣體-接地體。中間電位作業(yè)法如圖3所示：（a）和（b）分別表示絕緣手套中間電位法和基于絕緣平臺的絕緣桿中間電位法；（c）表示中間電位法泄漏電流回路圖。

圖3 中間電位法

根據(jù)上文闡述的配電網(wǎng)檢修特點，中間電位法在配網(wǎng)檢修中應(yīng)用最廣。從圖3 中可以看出，中間電位法可以保證作業(yè)人員與帶電體、接地體之間的安全距離，兼顧安全生產(chǎn)和作業(yè)效率。同時中間電位法可以利用絕緣手套法開展各種復(fù)雜的帶電作業(yè)項目，又可通過部分絕緣桿作業(yè)法實現(xiàn)線路密集、設(shè)備較多等難以保證安全距離的環(huán)境下帶電作業(yè)。

2.2.3 地電位法

地電位法[8]是帶電作業(yè)初期的使用方法，作業(yè)人員利用接地體作為基礎(chǔ)平臺，通過絕緣工具開展帶電作業(yè)，上文總結(jié)的腳扣登桿絕緣桿作業(yè)法就屬于地電位法。地電位法泄漏電流回路為帶電體-絕緣體-人體-接地體，其作業(yè)示意圖如圖4 所示，（a）和（b）分別表示地電位下人與接地體相對位置和泄漏電流回路。

圖4 地電位法

對比圖4 和圖2，可以看出，地電位法與等電位法的人地相對位置相反，泄漏電流回路阻抗一樣，僅是相對位置有區(qū)別。地電位法在配網(wǎng)中的應(yīng)用主要是彌補中間電位法依賴絕緣平臺的缺點，可以徹底解決絕緣平臺無法達到的環(huán)境下難以開展中間電位作業(yè)的困難。

2.3 基于停電范圍分類

帶電作業(yè)概念包括不完全停電和不停電2 種，其中不完全停電指的是部分負荷停電，不停電指的是負荷不停電。根據(jù)對停電范圍的要求可以分為不帶負荷作業(yè)法和帶負荷作業(yè)法（旁路作業(yè)法）。

2.3.1 不帶負荷作業(yè)法

不帶負荷作業(yè)法是目前帶電作業(yè)的主流形式，當配網(wǎng)發(fā)生故障時，通過拉開下級柱上斷路器和跌落式熔斷器，將故障區(qū)前后負荷隔離開，實現(xiàn)故障區(qū)前負荷不停電作業(yè)，這種作業(yè)方式避免負荷電流的危險，較為簡單、安全、便捷。圖5 表示不帶負荷作業(yè)法。從圖5 可以看出，當Bus 2-1 后端發(fā)生故障F1 時，不帶負荷作業(yè)法須要將柱上斷路器QF2 拉開，隔離負荷3，保證線路其他負荷正常運，將停電范圍縮小至20%（以圖1 負荷為例）。當集中負荷4 內(nèi)部發(fā)生故障F2 時，不帶負荷作業(yè)法須要將F2 末端的熔斷器拉開，隔離該負荷，將停電范圍縮小至4%。

圖5 不帶負荷作業(yè)法

2.3.2 帶負荷作業(yè)法

帶負荷作業(yè)法采用旁路形式[10]，將故障區(qū)域短接，利用絕緣引流線等裝置將負荷電流分流，實現(xiàn)不停電作業(yè)[11]，包括移動箱變車、應(yīng)急發(fā)電車等作業(yè)形式，主要在重要的負荷面臨停電的情況下開展。這種方法能夠保證負荷正常運行（或者短時停電），但是作業(yè)量大、危險因素多、操作復(fù)雜、作業(yè)時間長。

3 帶電作業(yè)安全可行性分析

輸電線路帶電作業(yè)安全主要受強磁場強電場的影響[12]，低壓配電線路帶電作業(yè)安全主要受電弧影響[13]，對于10 kV 配網(wǎng)帶電作業(yè)來說，其安全性主要受電流影響。電力系統(tǒng)規(guī)定了不同電壓等級下的最小安全距離，在保證滿足足夠的安全距離和絕緣工具的最小有效長度的條件下[14]，保證泄漏電流不超過人體感知電流就能夠保證作業(yè)安全。以中間電位為例（地電位和等電位泄漏電流回路分析與中間電位一樣），分析帶電作業(yè)的安全要求。根據(jù)相關(guān)規(guī)定可知，人體感知電流為1 mA[15]。

當人體和絕緣體均視作阻性元件時，根據(jù)圖3所示，泄漏電流為：

根據(jù)絕緣操作工具的絕緣電阻要求可知，有效絕緣長度下絕緣電阻不小于700 MΩ，此時人體電阻忽略不計，由式（1）計算得知IC= 7.14 μA，遠小于1 mA，因此可以保證安全。

當人體和絕緣體均視作容性元件時，根據(jù)圖3，忽略人體電容，泄漏電流為：

式中：UAC=10 kV ；ω 為角頻率， ω =2πf；f為頻率，f=50 Hz 。

根據(jù)絕緣工具的絕緣特性可知，其電容達到1 pF，由式（2）計算得知IC=1.57 μA ，遠小于1 mA，因此可以保證安全。

當人體和絕緣體阻性容性并存時，泄漏電流介于式（1）和式（2）之間，因此在絕緣工器具滿足絕緣電阻試驗要求時，泄漏電流遠小于人體感知電流，帶電作業(yè)可以保證人體安全。

4 結(jié)束語

基于配電網(wǎng)復(fù)雜的地理環(huán)境、龐大的分支線路和較低的架設(shè)高度給電網(wǎng)帶來更高的故障風(fēng)險，本文通過分析10 kV 配電網(wǎng)故障檢修存在的難點，詳細地總結(jié)了解決相應(yīng)困難的帶電作業(yè)方法，并從不同的角度進行歸納，給不同場景下配網(wǎng)檢修提供了方法遵循。國民經(jīng)濟發(fā)展對用電需求逐步提升，對供電可靠性要求越來越高，推動中壓配電網(wǎng)帶電作業(yè)深入發(fā)展，現(xiàn)有的帶電作業(yè)技術(shù)存在一定的不足，未來需要進一步研究完全不停電作業(yè)的理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。