基于短桿技術的高海拔10kV線路小檔距帶電作業法研究

王佳燦 羅明亞 張崇亮

（云南電網有限責任公司麗江寧蒗供電局）

0 引言

10kV配電線路的帶電作業，關系到電力系統的長期穩定和設備的安全穩定。在充分認識到帶電作業重要性的同時，一定要掌握一些常用的帶電作業方法，并且對配電線路帶電作業形成一些可靠的措施，以保證帶電作業的有效性。本項目針對目前高原10kV輸電線小檔距帶電作業方式的難點與應用瓶頸，提出了“短桿-短桿-小旁路-小檔距帶電作業方式”，該方式工作半徑20m，與常規帶電作業相比，工作半徑顯著減小，且對工作兩端桿件無特殊要求。這種操作法大大減少了旁路設備和工作人員的數量，縮短了工作時間，是配網不停電操作方法的一種拓展和進步。

1 10kV配電線路帶電作業必要性

在配電線路中推廣帶電作業，就是為了提高設備更換和維修的效率，充分發揮了帶電作業的功能，并且在今后的配電線路中得到了推廣。10kV配電線路的工作環境比較復雜，其運行狀況對整個電網的運行質量和供電公司的利潤有很大的影響，同時也與用戶群的用電品質有很大的聯系。10kV配電線路常與多個臺區及高電壓客戶相連，且許多客戶不具有兩相供電的特點。同時，由于配線與變壓器、避雷器等設備直接連接，且分布廣泛，使得配線發生故障的可能性大大增加。另外，隨著10kV配電線路接線客戶的增多，在排除了暫時操作客戶的情況下，10kV配電線路接線客戶的數量也在不斷增長。在配電線路長期帶電工作的情況下，如果只能采取停電作業方式，勢必會對配電線路關聯用戶的用電質量造成影響，并且會延長檢修的時間。展開10kV配電線路帶電作業，在對配電線路故障進行處理的時候，不需要將配電線路電力供應中斷，這樣既可以保證供電質量，又可以給供電企業樹立一個良好的口碑，還可以幫助挖掘配電線路的潛在價值［1-3］。

2 傳統帶點作業方法

2.1 絕緣手套作業法

在配電線路帶電作業的過程中，要利用絕緣平臺、絕緣梯等專門的設施，保證工作人員與地面的絕緣，這對工作人員接近帶電體是有利的。工人應按規定穿上絕緣保護裝置，并保證其與周圍的絕緣物保持隔離。絕緣手套操作方法對操作人員的要求不高，使用方便，操作難度小，而且可以適應高強度的工作。但其缺點是容易受到外界環境的干擾，不能很好地適應環境，從而間接地降低了其使用效率。10kV配電線路設施分布密集，配網間距窄，使得操作人員接觸設施的幾率很大，極易造成操作人員傷亡。工作人員雖然有屏蔽裝置，但也要和帶電的物體保持一定的距離，否則就會造成很大的安全隱患。若作業人員動作幅度過大，或作業前未做好帶電體隔離，則作業人員觸碰兩相帶電體的幾率較高，亦有可能造成相對地短路，造成作業人員傷亡、設備短路。在進行帶電工作時，工人必須穿戴防護服裝。

在使用這一方法時，必須重視對鄰近帶電體的隔離屏蔽，通常采用的屏蔽設備為絕緣屏蔽。工作人員應按規定佩戴保護裝置，并在橡膠絕緣手套外面再套上一雙防刺、防磨損的手套。當采用不同的保溫工具時，應考慮多層保護。這一階段使用了絕緣平臺、絕緣斗臂車等設施，在帶電作業的過程中，這些設施發揮了主要絕緣作用，而作業人員所穿的絕緣專門裝備發揮了輔助絕緣作用。兩相間的隔離效應與氣隙密切相關，隔離罩作為輔助隔離層。操作人員須按規定穿好保護裝置，才能防止因兩相接線而引起的觸電現象。使用登高工具后，應在登高位置系好安全帶，保證自己和帶電物體的間距在一個合理的范圍內。在使用終端處，設置有各種工具附件的絕緣操縱桿，從而進行配電線路的帶電工作。若采用絕緣操作桿，則是指絕緣操作桿在相地之間起主絕緣作用，而作業人員所戴的絕緣手套和絕緣靴起輔助絕緣作用。在兩相間充當初級絕緣和次級絕緣的情況下，采用的是絕緣平臺和斗臂車。通過主、次絕緣的聯合支持，達到了對橫向絕緣的保護作用，從而有效地保障了工作人員的安全［4-6］。

2.2 分相檢修法

對于耗時短的檢修項目，可以通過將10kV中性點不接地系統的相設備強行接地，以實現0電位效果。作業人員在不使用絕緣工具的情況下，穿著屏蔽服與導電鞋進行直接檢修任務，但時間限制為2h。在配電線路分相檢修時，必須確保相設備處于0電位狀態，并保證其他兩相電壓與線電壓同水平。在線電壓對稱狀態下，不會影響實際供電效果。作業人員在人為接地點電阻上限為10Ω，并與鄰近帶電體保持一定的間距后，使用消弧開關與接地電流接通后，開始正式進行帶電操作。在具體作業中，可以增加絕緣擋板以確保作業人員的安全。對于作業環境中存在缺陷的相，可以采用人為接地處理方式，在更換絕緣子后消除接地。對于作業環境中的斷線導線，可以借助接地電阻實現送電效果。在這個階段，需要注意對接地點進行人為接地處理，以實現負荷電流入地效果。

2.3 帶電水沖洗

對于10kV配電線路的污閃，利用帶電水洗的方法，可有效地消除設備的污閃等現象，并被廣泛地用于帶電作業。帶電水沖洗方法中的主要絕緣與水類型相關，若采用小規模的水沖洗，則采用“水柱＋絕緣桿”的組合絕緣方案。采用帶電水沖洗法的關鍵是水的加壓，在水的電阻率大于150Ω·cm的情況下，用水泵進行加壓處理。然后，增壓的水經由導水管送至水槍，利用噴射壓力對配電線上的帶電絕緣子進行沖洗。在大、中型沖洗機中，要注意對工人的保護和對穿過身體的電流的有效控制。

3 10kV旁路帶電作業法研究

3.1 10kV旁路帶電作業法概述

10kV旁路帶電作業法，是一種新型的電力系統中常用的應急措施，之所以叫10kV旁路帶電作業法，是因為它是利用10kV架空絕緣線，對10kV的電力系統進行快速搶修，從而保證了居民的正常生活。10kV旁路帶電操作方法，主要是通過與電源有關的輔助設備、旁路接頭、旁路開關、旁路電纜等，組成一種臨時性的傳輸系統，其工作原理是：在10kV架空線的檢修中，將一條臨時性的傳輸線組裝到維修現場，從而達到對線路故障進行修復的目的；在使用旁路來控制旁路開關的時候，必須先切斷電源的維護電源，再將故障電源連接到一條臨時供電的線路上，使之能夠為人所用，再對其故障線路進行維護，既能保證維護的效率，又能防止維護人員的人身安全。

3.2 10kV旁路帶電作業法關鍵技術分析

3.2.1 周期檢修制度

早在20世紀50年代，我國就開始設置旁路帶電作業，并實行周期檢修制度，以定期對電力設備進行檢修，促進電力系統的容量持續提升。另外，周期性維護系統可以對電力系統、設備等內容進行細致的管理，并將許多疑難問題一一排除；伴隨著現代信息技術的飛速發展，供電系統得到了有效的完善。通過使用周期檢修制度，對供電系統展開定期的故障查詢，可以將問題及時鎖定。與此同時，大部分供電檢修工作可以用檢修技術來取代人工檢修，從而實現供電電路的自動監測與實時監測，并進一步提高故障檢修的靈活度，確保10kV旁路帶電作業法應對各種供電系統的良好適應性。

3.2.2 監測工藝

在現代社會中，人們對供電的要求越來越高，相應地，用電故障也會相應地增多。但是，傳統的電路監測工藝存在著諸如維修時間長、故障定位不及時、故障檢修不徹底、故障反復出現次數多等諸多不足之處。針對以上問題，利用10kV旁路帶電作業法，可以有效地解決這些問題。通過這種運行方式，可以對傳統的監測工藝進行優化，并提高監測的標準，避免信號發生畸變，進而保證監測結果的準確度。

3.2.3 線路旁路作業系統

線路架空旁路操作體系是10kV旁路帶電操作體系的核心技術，也是實施旁路操作體系的基礎性、關鍵性工作。其布線方式為：在進行線路架空旁路操作時，其安裝設備采取架空線路的施工方式，將架空旁路的兩端與耐張力拉桿相連，并在耐張力拉桿上裝上一個臨時負載開關，使之與架空旁路系統相連接或分離；另外，為了方便檢修，電線的兩頭都要用抗拉桿或高架旁路線聯接在一起。架空電線中使用的電線一般都是絕緣的鋁線。與瓷瓶和橫擔敷設后，用耐張桿相連的負荷開關連接架空旁路兩端的帶電故障檢修線。對各相進行校驗后，再將架空旁路接至主回路，對主回路進行架空旁路電流測試，并對主回路的運行情況進行監控。如果發生故障，可以切斷電源進行檢修，架空旁路也可以為用電設備提供供電，保證供電需求。

4 基于短桿技術的小檔距帶電作業法

利用短桿技術高海拔10kV線路小檔帶電作業法，對10kV架空導線進行旁路操作的原理圖，如圖1所示。

圖1 示意圖

4.1 主要作業流程

（1）組建負荷轉移的回路。

（2）在確定旁路負荷開關是否在斷開位置后，在工作點兩邊的高架線路上，掛接旁路柔性向下牽引電纜；

（3）切換開關，轉移負荷。檢查旁路負荷開關處的相位，確定連接相位正確后，合上旁路負荷開關，檢查環路是否并聯，如果沒有問題，則拔出主干負荷開關。

（4）將“柱上切斷工具”裝在工作點兩邊的軟拉線上，并將其連接到工作點的內側。

（5）在“柱上切斷工具”位置，開斷導線，并將最小的檢查截面分隔開來。注：斷路器位置必須在雙鉤器的有效主絕緣位置；絕緣雙鉤線應具有至少0.4m的有效絕緣長度；斷開后的電線末端應有絕緣屏蔽措施，并實施有效的固定，使空氣距離（不少于0.4m）能形成明顯的斷開點。

（6）在工作區域內懸掛接地線，實施斷電檢修。

（7）在設備檢修結束之后，將斷裂的電線用金屬絲壓緊器或耐張型連接管連接起來。

（8）恢復設備運行，撤除負荷轉移回路。

4.2 主要裝備

（1）絕緣雙鉤和卡線器用來組裝“橋接器”，絕緣雙鉤在主導線斷開后，作為斷開點之間的主絕緣設備。其結構如圖2所示。

圖2 橋接器示意圖

“橋接器”包括卡線器和絕緣雙鉤，絕緣雙鉤的有效隔離長度不得少于0.4m，在操作過程中，禁止使用任何形式的短接。

（2）其他配套工具

專用持線桿研發示意圖如圖3所示，專用剝皮器刀頭示意圖如圖4所示，專用切刀研發示意圖如圖5所示。

圖3 專用持線桿研發示意圖

圖4 專用剝皮器刀頭示意圖

圖5 專用切刀研發示意圖

圖6 多物理耦合場

5 新型工器具多物理場耦合計算與仿真分析技術路線

在工作中，帶電作業工器具受到電場、磁場、溫度場、應力場等多場耦合作用，它們之間的相互作用表現為：

耦合有“緊耦合”與“松耦合”之分， “松耦合”指的是多個因子對結構的影響是相互獨立的，例如：由于溫度的變化而引起的應力，因此可以首先求出溫度場，而應力場則是由其推導而得，在剛性方程中，各因子的影響并不存在。“緊耦合”體現為：在界面上，多個因子相互影響，如因子1的計算與因子2的關系，反過來，或同一點的自由度含有多個不同種類的物性，這些物性相互影響，前者會使體系的外延擴展，而后者則會使節點的自由度增大。毋庸置疑，此時在非對角線上有一個交互作用。想要解決這個問題，就是“解耦”，所謂的解耦，就是將一個離散的空間，轉化成一個獨立的空間，而這個空間，就是一個獨立的空間。解耦過程十分復雜，在大多數情況下都不太可能，而解耦過程又是一個純粹的數學問題，所以很難用簡單的數學公式來精確地計算。

目前，多物理場耦合問題的解決方法已日趨成熟，CAE軟件的廣泛使用證明了這一點，而多物理場耦合的非線性因子將成為今后的發展趨勢，但這有賴于對多物理場耦合中非線性因子的研究和發現。

為此，本項目擬開展的新型工器具多物理場耦合數值模擬和數值模擬需要借助相應的數值模擬軟件，并采用ANSYSWorkbench軟件對其進行技術路線。

ANSYSWorkbench是一種非常強大的多領域模擬環境，它為ANSYS的核心功能添加了一把利器，它可以為CAD界面、幾何修改、網格劃分、結果后處理等提供一個可通用的工具，同時還可以為用戶提供協同工作的能力。ANSYS工作臺環境為多物理場模擬提供了一種全新的、可擴展的軟件體系結構。

ANSYS工作臺可以進行結構-溫度-流場-電磁場的多場耦合計算。它不僅有一個很強的單一磁場計算模型，而且能解決多個磁場之間的耦合問題。其中，采用了一種具有多個力場自由度的耦合元作為直接耦合元；所謂“間接耦合”，就是每一個物理場各自在某一“物理環境”內的解析成果，可以對另一“物理環境”內的解析成果起到負載和限制作用。

將導電性、傳熱性及后續熱應力分析相結合的帶電工作裝置多物理場分析流程如圖7所示。

6 結束語

針對高壓10kV輸電線路直桿換耐張桿加裝柱上開關等大型而復雜的帶電作業項，在對已有施工方法利弊進行深入分析的基礎上，提出了一種基于短桿技術的高海拔10kV線路小檔距帶電作業法新方法，并對該方法進行了系統集成、專用工具設計與研發。簡單來說，“以短桿技術為基礎的高海拔10kV線路小檔距帶電作業法”，是在較短的區間中，相對自由地引入斷開點，使得作業區間以及需要旁路的作業區間都變得很小，當作業區間掛上接地線之后，還可以以停電的方式進行工作，從而大大減少了作業的工作量，并提高了安全可靠性。