配電網帶電作業期間感應電壓分析

羅 湖 紀洋溪 張 奇

（國網棗莊供電公司）

0 引言

配電帶電作業通常是10kV 帶電作業，采用中間電位或地電位作業，通常采用絕緣工具，保證相地和相間絕緣，采取輔助絕緣裝備直接對帶電體或接地體進行操作。作業時必須考慮到這一重大風險，尤其是在長距離電力線路工作時［1-2］。本文的目的是介紹高壓設備上的感應現象，包括不同的耦合類型，以及演變的感應電壓和電流的大小，此外，還對交流感應事故的原因和結果進行了總結。

1 技術方法分析

1.1 配網帶電作業分析

配電網帶電作業是指在電力配電系統運行狀態下進行維護、檢修、安裝、更換等工作的一種作業方式。通常情況下，為了保證電網的連續供電，無法將整個電網切斷電源。因此，只能在電網上進行帶電作業。

配電網帶電作業的目的是確保電力供應的連續性，避免因為切斷電源而造成停電，尤其在一些關鍵的電力用戶或電網節點處，帶電作業尤為重要。這些作業可能涉及到配電變壓器、開關設備、電纜、電線等電力設施的維護和檢修。配電網帶電作業需要嚴格遵守安全操作規程和標準，以確保施工人員的人身安全和電網設備的安全運行。在進行帶電作業時，必須正確使用保護用具、工具和設備，以減少電擊、電弧等電擊危險。

1.2 配網感應電場分析

配電網帶電作業中，由于電力設備帶有電壓，使得人員靠近時受到感應電壓威脅，即人體感知的電壓。這種感應電壓會對人體造成電擊傷害，因此需要對帶電作業的感應電壓進行分析和評估。

感應電壓主要來自兩個方面，一是由于電場的存在而引起的電場感應電壓，二是由于磁場的存在而導致的磁場感應電壓。電場感應電壓主要與電力設備周圍的電位差和電場分布有關。在帶電作業區域，由于電力設備的存在，會形成電場，而作業人員的身體則處于這個電場中。根據電場分布的不均勻性，作業人員的不同部位會受到不同程度的電場感應電壓。磁場感應電壓主要與電力設備周圍的磁場強度和變化率有關。當電力設備中存在電流流過時，會形成磁場。作業人員接地后，由于人體具有電阻，會形成與磁場變化相關的感應電壓［3-5］。

2 線路維護工作中的潛在風險

維護配電網電源線的優點之一是當一個系統處于運行狀態（有源側）時，可以在斷電的系統（無源側）上進行維護工作。因此，可以限制不必要的停電時間，這對輸電系統、配電系統和消費者都是有利的。另一方面，在采用鄰近工作方法的維護活動中，可能會出現幾個風險因素，因為在這些線路的情況下，兩個系統相互平行，增加了出現任何感應現象的可能性。雙回路電力線上的維護工作多種多樣，有時工作位置在相導線下方的接地高壓塔上，而在其他維護工作中，即使在有源或無源側進行，相導線和線路員之間也有直接連接。這些維護任務的共同點是，在任何情況下都需要確保線路員的安全。在前面的情況下，由于工人只能接觸接地高壓塔的不同部分，因此只需要對電場進行保護，這可以通過使用傳統的導電服來實現。

如果在雙回路電力線的無源側進行維護，則由于潛在感應電壓的幾個風險，對工人的保護是必不可少的。復雜風險評估的關鍵是簡化現象的物理背景，并將重點放在電磁感應可能顯著超過安全水平的情況下，因此其風險可能很高。第一件重要的事情是有條件地將現象分為電容和電感兩部分，位于通電線路附近的導體和金屬部件是否接地有不同的情況。如果沒有保護性接地，導體部件會感應出電容性質的非零靜電電勢和電感性質的電動勢（EMF）。當斷電部分的接地連接正確時，非零靜電電勢變為零，并且以這種方式，電容分量消失。由EMF 產生的電流流過接地，仍然提供感應電壓的感應分量。電容元件的特征是感應電壓的會比較大，并且在接地時電流水平相對較低，這些電壓和電流值主要取決于影響線的電壓電平及其距離。電感元件可以表征為通過接地的相對大的電流，其大小取決于影響線中的電流水平、到影響線的距離以及位于通電AC 線影響下的閉環的長度。值得一提的是，電感元件的電壓電平是感應電流和接地電阻的函數。因此，感應電壓的測量值高度依賴于接地電阻，即使在保護接地附近也可能達到極高的值。

另一個重要問題是架空電力線附近的低頻電磁場問題。在適當接地的無源系統的情況下，感應電壓不會出現，但是，即使在接地結構（如電力塔）上，由于有源系統在運行中產生的電場強度也可能超過極限值。在不利的情況下，在塔架上工作的線路員可能會暴露在超過極限值的電場強度下。

2.1 配網電力線上感應電壓的大小

為了對感應電壓進行適當的保護，了解其在被檢查電力線上的大小是很重要的。早前學者側重于對這一現象的建模，對同一現象應用不同的等效電路和參數。為了說明一個不利的情況，對一條帶有格子塔的高壓輸電線進行了模擬。在圖1 所示的高壓電力線的情況下，電容耦合產生的感應電壓很重要，因此計算中最重要的參數是相導體之間以及相導體與接地點之間的部分電容。

圖1 用于計算感應電壓的等效電路

在表1 中，可以看到根據給定幾何形狀計算的部分承載力值。G1 和g2 表示塔架頂部的地線，R、S和T表示有源側的相位，而r、s、t是OHL 無源側的相位導體。知道電容值和相電壓幅度，就可以確定無源側的感應電壓值。

表1 選用高壓格構塔參數計算的容量值

從表2 和圖2 中可以看出，OHL 斷電導體中感應的電壓水平非常顯著，其峰值甚至可以達到9.5kV。大感應電壓值之間的差異是由于幾何特性造成的。

表2 斷電相導線上的最大感應電壓值

圖2 與通電系統中的電壓相比，斷電側的感應電壓

2.2 配網電力線上感應電流的大小

根據工作地的位置，計算感應電流基本上有三種情況。在第一種情況下，沒有保護性工作接地與斷電系統接觸，因此，靜電耦合產生的感應電壓將是重要的。由于缺乏工作現場接地，在這種情況下，感應電流的大小在無源系統中可以忽略不計。

在第二種情況下，一個工作現場接地位于斷電側，在該接觸點處，無源系統的電位等于接地電位。可以說，當安裝一個工作現場接地時，需要同時考慮靜電和電磁耦合。在第三種情況下，兩個工作接地安裝在斷電系統上，如圖3 所示。與第二種情況一樣，存在靜電感應和電磁感應，并且由于這兩個連接點，可以形成電流在其中流動的回路。與前面的情況一樣，感應電流是由靜電耦合產生的，但通過電磁感應，它由回路電流補充。為了呈現電流的大小，在第三種情況下，當兩個工作接地與無源側連接時，在相同高壓電力線上進行了模擬。斷電系統上產生的回路電流作為通電側負載的函數如圖4 所示。根據結果，在電流負載超過500A 的情況下，感應電流可以高達10A，這從線路工人的安全方面來說是重要的。

圖3 具有兩個工作現場接地的交流感應等效電路

圖4 感應電流水平取決于有功側負載

2.3 在帶電部件附近安全工作的主要原則

帶電線工作現場的保護接地將感應電壓水平降至最低。采用中間電位或地電位作業，通常采用絕緣工具，保證相地和相間絕緣，采取輔助絕緣裝備直接對帶電體或接地體進行操作，從而消除流經身體的電流。現有的工作方法對巡線員來說是安全的，如果他們嚴格遵守規則，就不會發生事故。然而，有時工人會犯下可能導致事故的錯誤，與交流感應相關的事故大多是致命的。由于致命事故的主要原因是人為因素，這表明對個人防護裝備的需求能夠降低交流感應事故的風險，使線路工人有生存的可能性。

3 結束語

通常，高壓配網系統中的維護干預可以在帶電的系統部件上使用帶電維護技術進行，或者在斷電的元件上進行。在后一種情況下，所有的技術和工具都可用于安全工作，而在前一種情況中，交流感應現象會帶來安全風險。本文首先介紹了按耦合效應分類的交流感應形式。然后，根據工作現場接地的應用數量，通過案例研究顯示感應電壓和電流的大小。總之，本文指出，采用特殊設計可以提高在帶電部件附近工作的安全性，并提出了實驗室測試方法。