基于不停電作業(yè)法的10kV 配網(wǎng)架空線路帶電檢修技術研究

【關鍵詞】不停電作業(yè)法；架空線路；檢修；帶電；10kV 配網(wǎng)

引言

電力作為現(xiàn)代社會的“血液”，其供應的穩(wěn)定性和安全性對于城市的正常運行至關重要。10kV配網(wǎng)作為電力傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，其架空線路的安全運行直接關系到廣大用戶的用電質(zhì)量。因此，對于10kV配網(wǎng)架空線路的帶電檢修技術，一直是電力領域研究的熱點和難點。目前，針對10kV配網(wǎng)架空線路的帶電檢修，主要采用文獻[1]提出的絕緣桿作業(yè)法。該方法利用絕緣桿工具，在帶電體與地之間形成縱向絕緣防護，從而保障作業(yè)人員在不停電的情況下進行檢修工作。[1]然而，盡管絕緣桿作業(yè)法在一定程度上解決了停電檢修帶來的問題，但在實際應用中仍存在一些不足。首先，現(xiàn)有的絕緣桿操作工具功能單一，且未充分考慮人體工程學設計和助力輔助裝置，導致作業(yè)人員在進行線路檢修時勞動強度較大，特別是在狹小空間內(nèi)作業(yè)時，更容易產(chǎn)生疲勞，影響作業(yè)效率和安全性。其次，對于配網(wǎng)架空線路施工過程中的規(guī)格不統(tǒng)一、老舊線路與新建線路混合使用等問題，現(xiàn)有的絕緣桿作業(yè)法難以提供有效的解決方案，可能導致在斷、接引線等操作時安全距離不足，增加觸電風險。因此，針對現(xiàn)有不停電作業(yè)法存在的問題，有必要對10kV配網(wǎng)架空線路帶電檢修技術進行深入研究，探索更加高效、安全的檢修方法，以滿足城市對電力供應穩(wěn)定性和安全性的要求。

一、基于不停電作業(yè)法的配網(wǎng)電磁暫態(tài)計算模型建立

在電力系統(tǒng)中，電磁暫態(tài)計算模型的建立是至關重要的。這一模型不僅能夠幫助我們深入理解系統(tǒng)在正常運行和故障狀態(tài)下的行為，還能為后續(xù)的檢修策略提供理論依據(jù)。在10kV配網(wǎng)中，這種模型的建立尤為復雜，因為它需要考慮到配網(wǎng)的特殊性，如線路的分布、負載的多樣性以及可能出現(xiàn)的各種故障情況。在配網(wǎng)中，基于不停電作業(yè)法，建立電磁暫態(tài)計算模型。配網(wǎng)中的電磁暫態(tài)現(xiàn)象通常發(fā)生在設備投切、故障發(fā)生或清除等時刻，這些事件會引起電流、電壓的急劇變化[2]。為了準確描述這些現(xiàn)象，需要建立合適的數(shù)學模型。首先確定各個電路元件模型：

V=IR（1）

V=L（dI/dt）（2）

I=C（dV/dt）（3）

其中，V表示電壓；I表示電流；R表示電阻；L表示電感；C表示電容。根據(jù)上述公式，確定電壓與電流、電感與電流、電容與電壓之間的關系。對于包含多個元件的復雜電路，可以通過節(jié)點電壓法建立方程組。假設有n個節(jié)點，每個節(jié)點都有一個電壓Vi（i=1，2，L，n），則可以建立n-1個節(jié)點電壓方程。電磁暫態(tài)現(xiàn)象通常涉及動態(tài)元件（如電感、電容），因此需要考慮其微分特性[3]。將電路元件的方程與節(jié)點電壓方程結(jié)合，可以得到一組描述電磁暫態(tài)的微分方程組。在求解電磁暫態(tài)方程組時，需要知道初始時刻的電壓和電流值。這些值可以通過實際測量或系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析得到[4]。在10kV配網(wǎng)的檢修作業(yè)中，實施不停電作業(yè)旁路技術時，為了保障檢修工作的進行，通常會臨時將主回路切換到旁路系統(tǒng)。這種切換過程實際上是從一個穩(wěn)定的電氣狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，這個過渡階段被稱為電磁暫態(tài)過程[5]。在這一過程中傳輸線波動方程可表示為：

U=Ea+IaRa+Ir（4）

其中，U表示電壓波動；Ea表示電樞繞組感應電動勢；Ia表示電樞電流；Ra表示電樞繞組電阻；Tr表示電樞電阻壓降。通過對配網(wǎng)電磁暫態(tài)計算模型的建立，將幫助我們得到電壓和電流在配網(wǎng)中的分布和傳播情況，從而評估電磁暫態(tài)過程對配網(wǎng)的影響，為后續(xù)檢修策略提供理論依據(jù)。電磁暫態(tài)計算模型的建立，不僅有助于我們更好地理解10kV配網(wǎng)的行為特性，還能為檢修工作提供科學的指導。通過模擬各種可能的故障情況，我們可以制定出更為合理、有效的檢修策略，從而提高配網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

二、10kV配網(wǎng)架空線路運行期間受力計算

在10kV配網(wǎng)架空線路的運行期間，受力計算是確保線路穩(wěn)定運行和安全性的重要環(huán)節(jié)。這種計算通常涉及多個因素，包括線路自身的物理特性、環(huán)境條件以及負載情況等。首先，需要考慮的是線路的物理參數(shù)，如線路的材質(zhì)、截面面積、長度等。這些參數(shù)將直接影響線路的機械強度和承重能力。其次，環(huán)境條件也是影響線路受力的重要因素。例如，風、雪、冰等自然力會對線路產(chǎn)生額外的拉力或壓力。特別是在強風或惡劣天氣條件下，線路的受力情況會變得更加復雜和嚴峻。此外，負載情況也是受力計算中不可忽視的因素。隨著電力需求的增長，配網(wǎng)線路的負載也在不斷增加。負載的增加會導致線路產(chǎn)生更多的熱量和應力，從而影響其穩(wěn)定性和安全性。在進行受力計算時，通常會采用一些專門的計算方法和工具，如有限元分析、結(jié)構(gòu)力學模型等。這些方法可以更準確地預測和分析線路在各種情況下的受力情況，從而采取相應的措施來確保線路的穩(wěn)定運行和安全性。具體而言，假設線路在水平方向上受到均勻分布的拉力T，那么單位長度上的拉力（即張力）t可以表示為：

t=T/L（5）

其中，L表示線路總長度。當風作用于線路時，會產(chǎn)生一個附加的拉力。這個拉力的大小取決于風速、風向和線路的幾何形狀。通常，可以使用以下公式估算：

Fw=0.613創(chuàng)Cd A創(chuàng)r v2（6）

其中，F(xiàn)w表示風壓引起的附加拉力；cd表示阻力系數(shù)（與線路形狀有關）；A表示線路在垂直于風向平面上的投影面積；r表示空氣密度；v表示風速。線路自身重量也會對線路產(chǎn)生拉力。這個拉力的大小取決于線路的單位長度重量和線路的長度。通常，可以使用以下公式計算：

Fg=w？L（7）

其中，F(xiàn)g表示線路自重引起的拉力；w表示線路的單位長度重量。在實際應用中，還需要根據(jù)具體的線路參數(shù)、環(huán)境條件和負載情況進行詳細的計算和分析。此外，為了確保計算結(jié)果的準確性和可靠性，還需要考慮一些其他因素，如線路的振動、溫度變化等。

三、三相不同時間開斷架空導線線路帶電檢修

在探討10kV配網(wǎng)不停電作業(yè)中旁路技術的運用時，針對受力問題，需要特別關注線路檔距和弧垂的精準計算。線路檔距，具體指的是電線在兩端電桿之間所跨越的實際距離，它反映了電線的空間布局和支撐結(jié)構(gòu)。而弧垂，則是指電線在自身重力作用下產(chǎn)生的自然下垂現(xiàn)象，這一特性使得配網(wǎng)線路在實際運行中呈現(xiàn)出一種曲線狀態(tài)。因此，準確計算并控制這兩個參數(shù)，對于確保配網(wǎng)線路的安全穩(wěn)定運行至關重要。對應的公式為：

y=k？cos h（x/k）k（8）

其中，y表示曲線函數(shù)；k表示參數(shù)，需要根據(jù)其他實際測量數(shù)值計算得出；h表示線路與電桿連接點位置與線路在空中垂落最低點之間的高度差；x表示線路與電桿的初始接觸點橫軸坐標。將垂直方向設置為Y坐標向，建立二元直角坐標系，在該直角坐標系當中，將上述公式中的對應關系代入，將表達式轉(zhuǎn)化為：

y+H=k？cos h[（x L/2）/k]-k（9）

在該坐標系當中選擇幾個點位，坐標為（L，0），代入計算后得到H與k之間的關系為：

H=k？cos h（L/2k） k（10）

公式中，系數(shù)k值可以通過上述公式計算得出，將得到的結(jié)果重新代入上述公式，求出線路曲線方程。在分析了線路長度、高度參數(shù)與力學參數(shù)的綜合比對之后，能夠清晰地了解小旁路電磁暫態(tài)過程中線路的機械受力狀況。這一綜合評估為判斷不停電作業(yè)旁路技術的應用是否安全提供了關鍵依據(jù)。基于這一結(jié)果，進一步深入考量電氣連接和絕緣性能等方面，以確保整個作業(yè)過程的安全性。

四、對比實驗

通過上述論述，提出一種全新的帶電檢修技術，針對該技術實際應用的優(yōu)勢和可行性進行驗證。以某10kV配網(wǎng)為例，分別利用本文檢修技術和文獻[1]基于絕緣桿作業(yè)法的檢修技術對該配網(wǎng)架空線路進行帶電作業(yè)檢修。該小型發(fā)電廠擁有3臺參數(shù)相同的發(fā)電機組，每臺發(fā)電機組的額定電壓為10.5kV，發(fā)電功率為25MW，功率因數(shù)為0.8。三臺發(fā)電機組并聯(lián)運行，并通過兩臺功率為60MW的主變壓器與110kV變電所線路相連。這兩臺主變壓器的額定電壓為121kV，接地電壓為38.5kV。將損失負荷作為檢修效果的量化指標，分別利用兩種檢修技術完成對該10kV配網(wǎng)5條架空線路進行帶電檢修，并將檢修過程中產(chǎn)生的損失負荷進行記錄，得到如表1所示結(jié)果。

從表1中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，在應用文獻[1]檢修技術對A～E架空線路進行檢修時，各線路均需要停電10.0min以上，產(chǎn)生的損失負荷均高于20.00KW，并且由于線路D停電時間超過15.0min，因此產(chǎn)生的損耗負荷進一步增加，超過30.00KW。而應用本文上述提出的檢修技術，檢修時不需要進行停電操作，可以有效提高架空線路的運行效率，同時，所產(chǎn)生的損失負荷為線路本身運行中環(huán)境因素對其影響，且每條線路上的損失負荷量均未超過0.030KW，不會影響到10kV配網(wǎng)整體的運行。因此，通過上述得出的結(jié)果可以證明，本文提出的檢修技術更具實際應用價值和可行性。這種帶電檢修技術不僅避免了長時間的停電，減少了對用戶和電力系統(tǒng)的影響，而且損失負荷極低，幾乎可以忽略不計。這意味著，在實際應用中，該技術能夠確保電力供應的連續(xù)性，避免因停電而造成的經(jīng)濟損失和社會影響。此外，該技術還展現(xiàn)了極高的靈活性和效率。由于無需停電，檢修工作可以在不影響系統(tǒng)正常運行的情況下進行，大幅縮短了檢修周期，提高了工作效率。同時，該技術對環(huán)境和外部因素的依賴性較小，使得檢修工作更加靈活可控。因此，這種帶電檢修技術有望在電力行業(yè)中得到廣泛應用，為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行提供有力保障。

結(jié)束語

隨著電力技術的不斷發(fā)展，10kV配網(wǎng)架空線路帶電檢修技術也在不斷進步。通過對現(xiàn)有不停電作業(yè)法的改進和創(chuàng)新，提出一種全新的檢修方法，該方法在實際應用中不僅可以提高檢修效率，降低作業(yè)人員的勞動強度，還可以有效保障作業(yè)過程中的安全性。未來，隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術的融合應用，10kV配網(wǎng)架空線路帶電檢修技術將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。可以預見，通過技術創(chuàng)新和智能化改造，10kV配網(wǎng)架空線路的帶電檢修將變得更加便捷、高效和安全，為城市的電力供應提供更加堅實的保障。同時，這也將對電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響，推動電力行業(yè)向著更加綠色、智能和高效的方向邁進。

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