配电网带电作业期间感应电压分析

罗 湖 纪洋溪 张 奇

（国网枣庄供电公司）

0 引言

配电带电作业通常是10kV 带电作业，采用中间电位或地电位作业，通常采用绝缘工具，保证相地和相间绝缘，采取辅助绝缘装备直接对带电体或接地体进行操作。作业时必须考虑到这一重大风险，尤其是在长距离电力线路工作时［1-2］。本文的目的是介绍高压设备上的感应现象，包括不同的耦合类型，以及演变的感应电压和电流的大小，此外，还对交流感应事故的原因和结果进行了总结。

1 技术方法分析

1.1 配网带电作业分析

配电网带电作业是指在电力配电系统运行状态下进行维护、检修、安装、更换等工作的一种作业方式。通常情况下，为了保证电网的连续供电，无法将整个电网切断电源。因此，只能在电网上进行带电作业。

配电网带电作业的目的是确保电力供应的连续性，避免因为切断电源而造成停电，尤其在一些关键的电力用户或电网节点处，带电作业尤为重要。这些作业可能涉及到配电变压器、开关设备、电缆、电线等电力设施的维护和检修。配电网带电作业需要严格遵守安全操作规程和标准，以确保施工人员的人身安全和电网设备的安全运行。在进行带电作业时，必须正确使用保护用具、工具和设备，以减少电击、电弧等电击危险。

1.2 配网感应电场分析

配电网带电作业中，由于电力设备带有电压，使得人员靠近时受到感应电压威胁，即人体感知的电压。这种感应电压会对人体造成电击伤害，因此需要对带电作业的感应电压进行分析和评估。

感应电压主要来自两个方面，一是由于电场的存在而引起的电场感应电压，二是由于磁场的存在而导致的磁场感应电压。电场感应电压主要与电力设备周围的电位差和电场分布有关。在带电作业区域，由于电力设备的存在，会形成电场，而作业人员的身体则处于这个电场中。根据电场分布的不均匀性，作业人员的不同部位会受到不同程度的电场感应电压。磁场感应电压主要与电力设备周围的磁场强度和变化率有关。当电力设备中存在电流流过时，会形成磁场。作业人员接地后，由于人体具有电阻，会形成与磁场变化相关的感应电压［3-5］。

2 线路维护工作中的潜在风险

维护配电网电源线的优点之一是当一个系统处于运行状态（有源侧）时，可以在断电的系统（无源侧）上进行维护工作。因此，可以限制不必要的停电时间，这对输电系统、配电系统和消费者都是有利的。另一方面，在采用邻近工作方法的维护活动中，可能会出现几个风险因素，因为在这些线路的情况下，两个系统相互平行，增加了出现任何感应现象的可能性。双回路电力线上的维护工作多种多样，有时工作位置在相导线下方的接地高压塔上，而在其他维护工作中，即使在有源或无源侧进行，相导线和线路员之间也有直接连接。这些维护任务的共同点是，在任何情况下都需要确保线路员的安全。在前面的情况下，由于工人只能接触接地高压塔的不同部分，因此只需要对电场进行保护，这可以通过使用传统的导电服来实现。

如果在双回路电力线的无源侧进行维护，则由于潜在感应电压的几个风险，对工人的保护是必不可少的。复杂风险评估的关键是简化现象的物理背景，并将重点放在电磁感应可能显著超过安全水平的情况下，因此其风险可能很高。第一件重要的事情是有条件地将现象分为电容和电感两部分，位于通电线路附近的导体和金属部件是否接地有不同的情况。如果没有保护性接地，导体部件会感应出电容性质的非零静电电势和电感性质的电动势（EMF）。当断电部分的接地连接正确时，非零静电电势变为零，并且以这种方式，电容分量消失。由EMF 产生的电流流过接地，仍然提供感应电压的感应分量。电容元件的特征是感应电压的会比较大，并且在接地时电流水平相对较低，这些电压和电流值主要取决于影响线的电压电平及其距离。电感元件可以表征为通过接地的相对大的电流，其大小取决于影响线中的电流水平、到影响线的距离以及位于通电AC 线影响下的闭环的长度。值得一提的是，电感元件的电压电平是感应电流和接地电阻的函数。因此，感应电压的测量值高度依赖于接地电阻，即使在保护接地附近也可能达到极高的值。

另一个重要问题是架空电力线附近的低频电磁场问题。在适当接地的无源系统的情况下，感应电压不会出现，但是，即使在接地结构（如电力塔）上，由于有源系统在运行中产生的电场强度也可能超过极限值。在不利的情况下，在塔架上工作的线路员可能会暴露在超过极限值的电场强度下。

2.1 配网电力线上感应电压的大小

为了对感应电压进行适当的保护，了解其在被检查电力线上的大小是很重要的。早前学者侧重于对这一现象的建模，对同一现象应用不同的等效电路和参数。为了说明一个不利的情况，对一条带有格子塔的高压输电线进行了模拟。在图1 所示的高压电力线的情况下，电容耦合产生的感应电压很重要，因此计算中最重要的参数是相导体之间以及相导体与接地点之间的部分电容。

图1 用于计算感应电压的等效电路

在表1 中，可以看到根据给定几何形状计算的部分承载力值。G1 和g2 表示塔架顶部的地线，R、S和T表示有源侧的相位，而r、s、t是OHL 无源侧的相位导体。知道电容值和相电压幅度，就可以确定无源侧的感应电压值。

表1 选用高压格构塔参数计算的容量值

从表2 和图2 中可以看出，OHL 断电导体中感应的电压水平非常显著，其峰值甚至可以达到9.5kV。大感应电压值之间的差异是由于几何特性造成的。

表2 断电相导线上的最大感应电压值

图2 与通电系统中的电压相比，断电侧的感应电压

2.2 配网电力线上感应电流的大小

根据工作地的位置，计算感应电流基本上有三种情况。在第一种情况下，没有保护性工作接地与断电系统接触，因此，静电耦合产生的感应电压将是重要的。由于缺乏工作现场接地，在这种情况下，感应电流的大小在无源系统中可以忽略不计。

在第二种情况下，一个工作现场接地位于断电侧，在该接触点处，无源系统的电位等于接地电位。可以说，当安装一个工作现场接地时，需要同时考虑静电和电磁耦合。在第三种情况下，两个工作接地安装在断电系统上，如图3 所示。与第二种情况一样，存在静电感应和电磁感应，并且由于这两个连接点，可以形成电流在其中流动的回路。与前面的情况一样，感应电流是由静电耦合产生的，但通过电磁感应，它由回路电流补充。为了呈现电流的大小，在第三种情况下，当两个工作接地与无源侧连接时，在相同高压电力线上进行了模拟。断电系统上产生的回路电流作为通电侧负载的函数如图4 所示。根据结果，在电流负载超过500A 的情况下，感应电流可以高达10A，这从线路工人的安全方面来说是重要的。

图3 具有两个工作现场接地的交流感应等效电路

图4 感应电流水平取决于有功侧负载

2.3 在带电部件附近安全工作的主要原则

带电线工作现场的保护接地将感应电压水平降至最低。采用中间电位或地电位作业，通常采用绝缘工具，保证相地和相间绝缘，采取辅助绝缘装备直接对带电体或接地体进行操作，从而消除流经身体的电流。现有的工作方法对巡线员来说是安全的，如果他们严格遵守规则，就不会发生事故。然而，有时工人会犯下可能导致事故的错误，与交流感应相关的事故大多是致命的。由于致命事故的主要原因是人为因素，这表明对个人防护装备的需求能够降低交流感应事故的风险，使线路工人有生存的可能性。

3 结束语

通常，高压配网系统中的维护干预可以在带电的系统部件上使用带电维护技术进行，或者在断电的元件上进行。在后一种情况下，所有的技术和工具都可用于安全工作，而在前一种情况中，交流感应现象会带来安全风险。本文首先介绍了按耦合效应分类的交流感应形式。然后，根据工作现场接地的应用数量，通过案例研究显示感应电压和电流的大小。总之，本文指出，采用特殊设计可以提高在带电部件附近工作的安全性，并提出了实验室测试方法。