基于短杆技术的高海拔10kV线路小档距带电作业法研究

王佳灿 罗明亚 张崇亮

（云南电网有限责任公司丽江宁蒗供电局）

0 引言

10kV配电线路的带电作业，关系到电力系统的长期稳定和设备的安全稳定。在充分认识到带电作业重要性的同时，一定要掌握一些常用的带电作业方法，并且对配电线路带电作业形成一些可靠的措施，以保证带电作业的有效性。本项目针对目前高原10kV输电线小档距带电作业方式的难点与应用瓶颈，提出了“短杆-短杆-小旁路-小档距带电作业方式”，该方式工作半径20m，与常规带电作业相比，工作半径显著减小，且对工作两端杆件无特殊要求。这种操作法大大减少了旁路设备和工作人员的数量，缩短了工作时间，是配网不停电操作方法的一种拓展和进步。

1 10kV配电线路带电作业必要性

在配电线路中推广带电作业，就是为了提高设备更换和维修的效率，充分发挥了带电作业的功能，并且在今后的配电线路中得到了推广。10kV配电线路的工作环境比较复杂，其运行状况对整个电网的运行质量和供电公司的利润有很大的影响，同时也与用户群的用电品质有很大的联系。10kV配电线路常与多个台区及高电压客户相连，且许多客户不具有两相供电的特点。同时，由于配线与变压器、避雷器等设备直接连接，且分布广泛，使得配线发生故障的可能性大大增加。另外，随着10kV配电线路接线客户的增多，在排除了暂时操作客户的情况下，10kV配电线路接线客户的数量也在不断增长。在配电线路长期带电工作的情况下，如果只能采取停电作业方式，势必会对配电线路关联用户的用电质量造成影响，并且会延长检修的时间。展开10kV配电线路带电作业，在对配电线路故障进行处理的时候，不需要将配电线路电力供应中断，这样既可以保证供电质量，又可以给供电企业树立一个良好的口碑，还可以帮助挖掘配电线路的潜在价值［1-3］。

2 传统带点作业方法

2.1 绝缘手套作业法

在配电线路带电作业的过程中，要利用绝缘平台、绝缘梯等专门的设施，保证工作人员与地面的绝缘，这对工作人员接近带电体是有利的。工人应按规定穿上绝缘保护装置，并保证其与周围的绝缘物保持隔离。绝缘手套操作方法对操作人员的要求不高，使用方便，操作难度小，而且可以适应高强度的工作。但其缺点是容易受到外界环境的干扰，不能很好地适应环境，从而间接地降低了其使用效率。10kV配电线路设施分布密集，配网间距窄，使得操作人员接触设施的几率很大，极易造成操作人员伤亡。工作人员虽然有屏蔽装置，但也要和带电的物体保持一定的距离，否则就会造成很大的安全隐患。若作业人员动作幅度过大，或作业前未做好带电体隔离，则作业人员触碰两相带电体的几率较高，亦有可能造成相对地短路，造成作业人员伤亡、设备短路。在进行带电工作时，工人必须穿戴防护服装。

在使用这一方法时，必须重视对邻近带电体的隔离屏蔽，通常采用的屏蔽设备为绝缘屏蔽。工作人员应按规定佩戴保护装置，并在橡胶绝缘手套外面再套上一双防刺、防磨损的手套。当采用不同的保温工具时，应考虑多层保护。这一阶段使用了绝缘平台、绝缘斗臂车等设施，在带电作业的过程中，这些设施发挥了主要绝缘作用，而作业人员所穿的绝缘专门装备发挥了辅助绝缘作用。两相间的隔离效应与气隙密切相关，隔离罩作为辅助隔离层。操作人员须按规定穿好保护装置，才能防止因两相接线而引起的触电现象。使用登高工具后，应在登高位置系好安全带，保证自己和带电物体的间距在一个合理的范围内。在使用终端处，设置有各种工具附件的绝缘操纵杆，从而进行配电线路的带电工作。若采用绝缘操作杆，则是指绝缘操作杆在相地之间起主绝缘作用，而作业人员所戴的绝缘手套和绝缘靴起辅助绝缘作用。在两相间充当初级绝缘和次级绝缘的情况下，采用的是绝缘平台和斗臂车。通过主、次绝缘的联合支持，达到了对横向绝缘的保护作用，从而有效地保障了工作人员的安全［4-6］。

2.2 分相检修法

对于耗时短的检修项目，可以通过将10kV中性点不接地系统的相设备强行接地，以实现0电位效果。作业人员在不使用绝缘工具的情况下，穿着屏蔽服与导电鞋进行直接检修任务，但时间限制为2h。在配电线路分相检修时，必须确保相设备处于0电位状态，并保证其他两相电压与线电压同水平。在线电压对称状态下，不会影响实际供电效果。作业人员在人为接地点电阻上限为10Ω，并与邻近带电体保持一定的间距后，使用消弧开关与接地电流接通后，开始正式进行带电操作。在具体作业中，可以增加绝缘挡板以确保作业人员的安全。对于作业环境中存在缺陷的相，可以采用人为接地处理方式，在更换绝缘子后消除接地。对于作业环境中的断线导线，可以借助接地电阻实现送电效果。在这个阶段，需要注意对接地点进行人为接地处理，以实现负荷电流入地效果。

2.3 带电水冲洗

对于10kV配电线路的污闪，利用带电水洗的方法，可有效地消除设备的污闪等现象，并被广泛地用于带电作业。带电水冲洗方法中的主要绝缘与水类型相关，若采用小规模的水冲洗，则采用“水柱＋绝缘杆”的组合绝缘方案。采用带电水冲洗法的关键是水的加压，在水的电阻率大于150Ω·cm的情况下，用水泵进行加压处理。然后，增压的水经由导水管送至水枪，利用喷射压力对配电线上的带电绝缘子进行冲洗。在大、中型冲洗机中，要注意对工人的保护和对穿过身体的电流的有效控制。

3 10kV旁路带电作业法研究

3.1 10kV旁路带电作业法概述

10kV旁路带电作业法，是一种新型的电力系统中常用的应急措施，之所以叫10kV旁路带电作业法，是因为它是利用10kV架空绝缘线，对10kV的电力系统进行快速抢修，从而保证了居民的正常生活。10kV旁路带电操作方法，主要是通过与电源有关的辅助设备、旁路接头、旁路开关、旁路电缆等，组成一种临时性的传输系统，其工作原理是：在10kV架空线的检修中，将一条临时性的传输线组装到维修现场，从而达到对线路故障进行修复的目的；在使用旁路来控制旁路开关的时候，必须先切断电源的维护电源，再将故障电源连接到一条临时供电的线路上，使之能够为人所用，再对其故障线路进行维护，既能保证维护的效率，又能防止维护人员的人身安全。

3.2 10kV旁路带电作业法关键技术分析

3.2.1 周期检修制度

早在20世纪50年代，我国就开始设置旁路带电作业，并实行周期检修制度，以定期对电力设备进行检修，促进电力系统的容量持续提升。另外，周期性维护系统可以对电力系统、设备等内容进行细致的管理，并将许多疑难问题一一排除；伴随着现代信息技术的飞速发展，供电系统得到了有效的完善。通过使用周期检修制度，对供电系统展开定期的故障查询，可以将问题及时锁定。与此同时，大部分供电检修工作可以用检修技术来取代人工检修，从而实现供电电路的自动监测与实时监测，并进一步提高故障检修的灵活度，确保10kV旁路带电作业法应对各种供电系统的良好适应性。

3.2.2 监测工艺

在现代社会中，人们对供电的要求越来越高，相应地，用电故障也会相应地增多。但是，传统的电路监测工艺存在着诸如维修时间长、故障定位不及时、故障检修不彻底、故障反复出现次数多等诸多不足之处。针对以上问题，利用10kV旁路带电作业法，可以有效地解决这些问题。通过这种运行方式，可以对传统的监测工艺进行优化，并提高监测的标准，避免信号发生畸变，进而保证监测结果的准确度。

3.2.3 线路旁路作业系统

线路架空旁路操作体系是10kV旁路带电操作体系的核心技术，也是实施旁路操作体系的基础性、关键性工作。其布线方式为：在进行线路架空旁路操作时，其安装设备采取架空线路的施工方式，将架空旁路的两端与耐张力拉杆相连，并在耐张力拉杆上装上一个临时负载开关，使之与架空旁路系统相连接或分离；另外，为了方便检修，电线的两头都要用抗拉杆或高架旁路线联接在一起。架空电线中使用的电线一般都是绝缘的铝线。与瓷瓶和横担敷设后，用耐张杆相连的负荷开关连接架空旁路两端的带电故障检修线。对各相进行校验后，再将架空旁路接至主回路，对主回路进行架空旁路电流测试，并对主回路的运行情况进行监控。如果发生故障，可以切断电源进行检修，架空旁路也可以为用电设备提供供电，保证供电需求。

4 基于短杆技术的小档距带电作业法

利用短杆技术高海拔10kV线路小档带电作业法，对10kV架空导线进行旁路操作的原理图，如图1所示。

图1 示意图

4.1 主要作业流程

（1）组建负荷转移的回路。

（2）在确定旁路负荷开关是否在断开位置后，在工作点两边的高架线路上，挂接旁路柔性向下牵引电缆；

（3）切换开关，转移负荷。检查旁路负荷开关处的相位，确定连接相位正确后，合上旁路负荷开关，检查环路是否并联，如果没有问题，则拔出主干负荷开关。

（4）将“柱上切断工具”装在工作点两边的软拉线上，并将其连接到工作点的内侧。

（5）在“柱上切断工具”位置，开断导线，并将最小的检查截面分隔开来。注：断路器位置必须在双钩器的有效主绝缘位置；绝缘双钩线应具有至少0.4m的有效绝缘长度；断开后的电线末端应有绝缘屏蔽措施，并实施有效的固定，使空气距离（不少于0.4m）能形成明显的断开点。

（6）在工作区域内悬挂接地线，实施断电检修。

（7）在设备检修结束之后，将断裂的电线用金属丝压紧器或耐张型连接管连接起来。

（8）恢复设备运行，撤除负荷转移回路。

4.2 主要装备

（1）绝缘双钩和卡线器用来组装“桥接器”，绝缘双钩在主导线断开后，作为断开点之间的主绝缘设备。其结构如图2所示。

图2 桥接器示意图

“桥接器”包括卡线器和绝缘双钩，绝缘双钩的有效隔离长度不得少于0.4m，在操作过程中，禁止使用任何形式的短接。

（2）其他配套工具

专用持线杆研发示意图如图3所示，专用剥皮器刀头示意图如图4所示，专用切刀研发示意图如图5所示。

图3 专用持线杆研发示意图

图4 专用剥皮器刀头示意图

图5 专用切刀研发示意图

图6 多物理耦合场

5 新型工器具多物理场耦合计算与仿真分析技术路线

在工作中，带电作业工器具受到电场、磁场、温度场、应力场等多场耦合作用，它们之间的相互作用表现为：

耦合有“紧耦合”与“松耦合”之分， “松耦合”指的是多个因子对结构的影响是相互独立的，例如：由于温度的变化而引起的应力，因此可以首先求出温度场，而应力场则是由其推导而得，在刚性方程中，各因子的影响并不存在。“紧耦合”体现为：在界面上，多个因子相互影响，如因子1的计算与因子2的关系，反过来，或同一点的自由度含有多个不同种类的物性，这些物性相互影响，前者会使体系的外延扩展，而后者则会使节点的自由度增大。毋庸置疑，此时在非对角线上有一个交互作用。想要解决这个问题，就是“解耦”，所谓的解耦，就是将一个离散的空间，转化成一个独立的空间，而这个空间，就是一个独立的空间。解耦过程十分复杂，在大多数情况下都不太可能，而解耦过程又是一个纯粹的数学问题，所以很难用简单的数学公式来精确地计算。

目前，多物理场耦合问题的解决方法已日趋成熟，CAE软件的广泛使用证明了这一点，而多物理场耦合的非线性因子将成为今后的发展趋势，但这有赖于对多物理场耦合中非线性因子的研究和发现。

为此，本项目拟开展的新型工器具多物理场耦合数值模拟和数值模拟需要借助相应的数值模拟软件，并采用ANSYSWorkbench软件对其进行技术路线。

ANSYSWorkbench是一种非常强大的多领域模拟环境，它为ANSYS的核心功能添加了一把利器，它可以为CAD界面、几何修改、网格划分、结果后处理等提供一个可通用的工具，同时还可以为用户提供协同工作的能力。ANSYS工作台环境为多物理场模拟提供了一种全新的、可扩展的软件体系结构。

ANSYS工作台可以进行结构-温度-流场-电磁场的多场耦合计算。它不仅有一个很强的单一磁场计算模型，而且能解决多个磁场之间的耦合问题。其中，采用了一种具有多个力场自由度的耦合元作为直接耦合元；所谓“间接耦合”，就是每一个物理场各自在某一“物理环境”内的解析成果，可以对另一“物理环境”内的解析成果起到负载和限制作用。

将导电性、传热性及后续热应力分析相结合的带电工作装置多物理场分析流程如图7所示。

6 结束语

针对高压10kV输电线路直杆换耐张杆加装柱上开关等大型而复杂的带电作业项，在对已有施工方法利弊进行深入分析的基础上，提出了一种基于短杆技术的高海拔10kV线路小档距带电作业法新方法，并对该方法进行了系统集成、专用工具设计与研发。简单来说，“以短杆技术为基础的高海拔10kV线路小档距带电作业法”，是在较短的区间中，相对自由地引入断开点，使得作业区间以及需要旁路的作业区间都变得很小，当作业区间挂上接地线之后，还可以以停电的方式进行工作，从而大大减少了作业的工作量，并提高了安全可靠性。