中壓配電網帶電作業發展現狀與展望

馮 濤，侯智博，申 杰，趙品賢

（國網上海松江供電公司，上海 松江 210600）

隨著工業化進程的加快，國民經濟發展對配網供電質量的要求越來越高，提高配網供電可靠性對社會發展至關重要[1]。然而，配網高故障率、復雜的地理環境[2-3]和多元化的設備[4]給檢修帶來困難。目前國內主要以停電作業為主的配網檢修方式，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才能很好地解決這個問題。

本文基于10 kV 配電網復雜的結構形式，總結配網檢修存在的難點，詳細歸納現有的帶電作業方法，分析不同帶電作業法泄漏電流回路，根據泄漏電流進行帶電作業的安全可行性分析，對未來中壓配網帶電作業的形式提出了展望。

1 中壓配電線路結構特征

1.1 中壓配電線路結構

中壓配電網具有多分支的特點[5]，本文以華東地區10 kV 中壓配電網結構為例，配網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。考慮到現實用電可靠性，10 kV 配網線路大多采用閉環設計、開環運行。該10 kV 配網線路受電電源為變電站A，通過聯絡斷路器與變電站B 構成閉環，Bus A 出口柱上斷路器采用常閉運行方式，聯絡斷路器（Bus B 端）采用常開運行方式。該配網變電站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 配電線路結構示意圖

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，配電線路分支數量多、分布廣，因此出現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境復雜，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，同時暴風雨季節樹木倒塌會造成短路和斷線故障；（3）架設高度低，一般15 m 或13 m 電桿架設，受到地面塑料膜、風箏等威脅大，造成短路故障。

根據配網檢修存在的問題，造成停電影響大，積極推廣配網帶電作業以適應社會經濟生產發展的需要。

2 帶電作業技術發展

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

2.1 基于作業工具分類

根據帶電作業使用的絕緣工器具分類，可分為絕緣桿作業法和絕緣手套作業法。

2.1.1 絕緣桿作業法

絕緣桿作業法以腳扣登桿或絕緣平臺為基礎，利用絕緣操作桿作為人與帶電體之間的主絕緣。國內外初期帶電作業都是從絕緣桿作業法開始，作業人員通過絕緣操作桿開展一系列簡單的作業內容。絕緣桿作業法對作業工具的要求較低，人體不接觸帶電體，不須要開展復雜的絕緣遮蔽工作，降低安全風險[6]，作業時一直舉著操作桿，對體能要求高。采用絕緣操作桿作業可以保證足夠的空氣間隙，適合桿上設備較多、接線復雜以及多回線路間距離較小等場合。同時絕緣桿作業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境下廣泛應用。

2.1.2 絕緣手套作業法

隨著新材料的發展，越來越豐富的絕緣工具研發投產[7]，極大地推動了絕緣手套作業法的發展。絕緣手套作業法主要采用高架車等絕緣平臺開展帶電作業，作業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。相較于絕緣桿作業法，絕緣手套作業法具有較強的靈活性，能開展更多更復雜的帶電作業項目，對體能要求低，是目前適用最廣泛的作業形式。

2.2 基于電流回路分類

根據帶電作業時流經人體的泄漏電流回路分類，可以將帶電作業分為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，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

等電位法時作業人員穿戴屏蔽服，直接與帶電體接觸。由于配網相間距較小、相地距離短，作業人員進行電位轉移時容易發生短路事故，因此配電網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法和基于絕緣平臺的絕緣桿作業法。作業時，作業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

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

2.2.3 地電位法

地電位法[8]是帶電作業初期的使用方法，作業人員利用接地體作為基礎平臺，通過絕緣工具開展帶電作業，上文總結的腳扣登桿絕緣桿作業法就屬于地電位法。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，僅是相對位置有區別。地電位法在配網中的應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境下難以開展中間電位作業的困難。

2.3 基于停電范圍分類

帶電作業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。根據對停電范圍的要求可以分為不帶負荷作業法和帶負荷作業法（旁路作業法）。

2.3.1 不帶負荷作業法

不帶負荷作業法是目前帶電作業的主流形式，當配網發生故障時，通過拉開下級柱上斷路器和跌落式熔斷器，將故障區前后負荷隔離開，實現故障區前負荷不停電作業，這種作業方式避免負荷電流的危險，較為簡單、安全、便捷。圖5 表示不帶負荷作業法。從圖5 可以看出，當Bus 2-1 后端發生故障F1 時，不帶負荷作業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 內部發生故障F2 時，不帶負荷作業法須要將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 不帶負荷作業法

2.3.2 帶負荷作業法

帶負荷作業法采用旁路形式[10]，將故障區域短接，利用絕緣引流線等裝置將負荷電流分流，實現不停電作業[11]，包括移動箱變車、應急發電車等作業形式，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），但是作業量大、危險因素多、操作復雜、作業時間長。

3 帶電作業安全可行性分析

輸電線路帶電作業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安全主要受電弧影響[13]，對于10 kV 配網帶電作業來說，其安全性主要受電流影響。電力系統規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），分析帶電作業的安全要求。根據相關規定可知，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，根據圖3所示，泄漏電流為：

根據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，帶電作業可以保證人體安全。

4 結束語

基于配電網復雜的地理環境、龐大的分支線路和較低的架設高度給電網帶來更高的故障風險，本文通過分析10 kV 配電網故障檢修存在的難點，詳細地總結了解決相應困難的帶電作業方法，并從不同的角度進行歸納，給不同場景下配網檢修提供了方法遵循。國民經濟發展對用電需求逐步提升，對供電可靠性要求越來越高，推動中壓配電網帶電作業深入發展，現有的帶電作業技術存在一定的不足，未來需要進一步研究完全不停電作業的理論支撐和技術指導。