王佳燦 羅明亞 張崇亮

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司麗江寧蒗供電局）

0 引言

10kV配電線路的帶電作業(yè)，關(guān)系到電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定和設(shè)備的安全穩(wěn)定。在充分認(rèn)識到帶電作業(yè)重要性的同時，一定要掌握一些常用的帶電作業(yè)方法，并且對配電線路帶電作業(yè)形成一些可靠的措施，以保證帶電作業(yè)的有效性。本項目針對目前高原10kV輸電線小檔距帶電作業(yè)方式的難點與應(yīng)用瓶頸，提出了“短桿-短桿-小旁路-小檔距帶電作業(yè)方式”，該方式工作半徑20m，與常規(guī)帶電作業(yè)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(shè)備和工作人員的數(shù)量，縮短了工作時間，是配網(wǎng)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(yè)必要性

在配電線路中推廣帶電作業(yè)，就是為了提高設(shè)備更換和維修的效率，充分發(fā)揮了帶電作業(yè)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(huán)境比較復(fù)雜，其運行狀況對整個電網(wǎng)的運行質(zhì)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(zhì)有很大的聯(lián)系。10kV配電線路常與多個臺區(qū)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(shè)備直接連接，且分布廣泛，使得配線發(fā)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(shù)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(yè)方式，勢必會對配電線路關(guān)聯(lián)用戶的用電質(zhì)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(yè)，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(yīng)中斷，這樣既可以保證供電質(zhì)量，又可以給供電企業(yè)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(tǒng)帶點作業(yè)方法

2.1 絕緣手套作業(yè)法

在配電線路帶電作業(yè)的過程中，要利用絕緣平臺、絕緣梯等專門的設(shè)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(yīng)按規(guī)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(yīng)高強度的工作。但其缺點是容易受到外界環(huán)境的干擾，不能很好地適應(yīng)環(huán)境，從而間接地降低了其使用效率。10kV配電線路設(shè)施分布密集，配網(wǎng)間距窄，使得操作人員接觸設(shè)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(yè)人員動作幅度過大，或作業(yè)前未做好帶電體隔離，則作業(yè)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(yè)人員傷亡、設(shè)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(shè)備為絕緣屏蔽。工作人員應(yīng)按規(guī)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(dāng)采用不同的保溫工具時，應(yīng)考慮多層保護。這一階段使用了絕緣平臺、絕緣斗臂車等設(shè)施，在帶電作業(yè)的過程中，這些設(shè)施發(fā)揮了主要絕緣作用，而作業(yè)人員所穿的絕緣專門裝備發(fā)揮了輔助絕緣作用。兩相間的隔離效應(yīng)與氣隙密切相關(guān)，隔離罩作為輔助隔離層。操作人員須按規(guī)定穿好保護裝置，才能防止因兩相接線而引起的觸電現(xiàn)象。使用登高工具后，應(yīng)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(nèi)。在使用終端處，設(shè)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(yè)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(dāng)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(lián)合支持，達(dá)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(tǒng)的相設(shè)備強行接地，以實現(xiàn)0電位效果。作業(yè)人員在不使用絕緣工具的情況下，穿著屏蔽服與導(dǎo)電鞋進行直接檢修任務(wù)，但時間限制為2h。在配電線路分相檢修時，必須確保相設(shè)備處于0電位狀態(tài)，并保證其他兩相電壓與線電壓同水平。在線電壓對稱狀態(tài)下，不會影響實際供電效果。作業(yè)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(guān)與接地電流接通后，開始正式進行帶電操作。在具體作業(yè)中，可以增加絕緣擋板以確保作業(yè)人員的安全。對于作業(yè)環(huán)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(yè)環(huán)境中的斷線導(dǎo)線，可以借助接地電阻實現(xiàn)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(xiàn)負(fù)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(shè)備的污閃等現(xiàn)象，并被廣泛地用于帶電作業(yè)。帶電水沖洗方法中的主要絕緣與水類型相關(guān)，若采用小規(guī)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(guān)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(jīng)由導(dǎo)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(yè)法研究

3.1 10kV旁路帶電作業(yè)法概述

10kV旁路帶電作業(yè)法，是一種新型的電力系統(tǒng)中常用的應(yīng)急措施，之所以叫10kV旁路帶電作業(yè)法，是因為它是利用10kV架空絕緣線，對10kV的電力系統(tǒng)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(guān)的輔助設(shè)備、旁路接頭、旁路開關(guān)、旁路電纜等，組成一種臨時性的傳輸系統(tǒng)，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(xiàn)場，從而達(dá)到對線路故障進行修復(fù)的目的；在使用旁路來控制旁路開關(guān)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(yè)法關(guān)鍵技術(shù)分析

3.2.1 周期檢修制度

早在20世紀(jì)50年代，我國就開始設(shè)置旁路帶電作業(yè)，并實行周期檢修制度，以定期對電力設(shè)備進行檢修，促進電力系統(tǒng)的容量持續(xù)提升。另外，周期性維護系統(tǒng)可以對電力系統(tǒng)、設(shè)備等內(nèi)容進行細(xì)致的管理，并將許多疑難問題一一排除；伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，供電系統(tǒng)得到了有效的完善。通過使用周期檢修制度，對供電系統(tǒng)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(shù)來取代人工檢修，從而實現(xiàn)供電電路的自動監(jiān)測與實時監(jiān)測，并進一步提高故障檢修的靈活度，確保10kV旁路帶電作業(yè)法應(yīng)對各種供電系統(tǒng)的良好適應(yīng)性。

3.2.2 監(jiān)測工藝

在現(xiàn)代社會中，人們對供電的要求越來越高，相應(yīng)地，用電故障也會相應(yīng)地增多。但是，傳統(tǒng)的電路監(jiān)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(fù)出現(xiàn)次數(shù)多等諸多不足之處。針對以上問題，利用10kV旁路帶電作業(yè)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(tǒng)的監(jiān)測工藝進行優(yōu)化，并提高監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)，避免信號發(fā)生畸變，進而保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.2.3 線路旁路作業(yè)系統(tǒng)

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(shù)，也是實施旁路操作體系的基礎(chǔ)性、關(guān)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(shè)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(fù)載開關(guān)，使之與架空旁路系統(tǒng)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(lián)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(dān)敷設(shè)后，用耐張桿相連的負(fù)荷開關(guān)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(jiān)控。如果發(fā)生故障，可以切斷電源進行檢修，架空旁路也可以為用電設(shè)備提供供電，保證供電需求。

4 基于短桿技術(shù)的小檔距帶電作業(yè)法

利用短桿技術(shù)高海拔10kV線路小檔帶電作業(yè)法，對10kV架空導(dǎo)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(yè)流程

（1）組建負(fù)荷轉(zhuǎn)移的回路。

（2）在確定旁路負(fù)荷開關(guān)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(guān)，轉(zhuǎn)移負(fù)荷。檢查旁路負(fù)荷開關(guān)處的相位，確定連接相位正確后，合上旁路負(fù)荷開關(guān)，檢查環(huán)路是否并聯(lián)，如果沒有問題，則拔出主干負(fù)荷開關(guān)。

（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(nèi)側(cè)。

（5）在“柱上切斷工具”位置，開斷導(dǎo)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(yīng)具有至少0.4m的有效絕緣長度；斷開后的電線末端應(yīng)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(qū)域內(nèi)懸掛接地線，實施斷電檢修。

（7）在設(shè)備檢修結(jié)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(fù)設(shè)備運行，撤除負(fù)荷轉(zhuǎn)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(dǎo)線斷開后，作為斷開點之間的主絕緣設(shè)備。其結(jié)構(gòu)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(fā)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(fā)示意圖如圖5所示。

圖3 專用持線桿研發(fā)示意圖

圖4 專用剝皮器刀頭示意圖

圖5 專用切刀研發(fā)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(shù)路線

在工作中，帶電作業(yè)工器具受到電場、磁場、溫度場、應(yīng)力場等多場耦合作用，它們之間的相互作用表現(xiàn)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(jié)構(gòu)的影響是相互獨立的，例如：由于溫度的變化而引起的應(yīng)力，因此可以首先求出溫度場，而應(yīng)力場則是由其推導(dǎo)而得，在剛性方程中，各因子的影響并不存在?！熬o耦合”體現(xiàn)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(guān)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(jié)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(zhuǎn)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(fù)雜，在大多數(shù)情況下都不太可能，而解耦過程又是一個純粹的數(shù)學(xué)問題，所以很難用簡單的數(shù)學(xué)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(fā)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(fā)現(xiàn)。

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

ANSYSWorkbench是一種非常強大的多領(lǐng)域模擬環(huán)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(wǎng)格劃分、結(jié)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(xié)同工作的能力。ANSYS工作臺環(huán)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(jié)構(gòu)。

ANSYS工作臺可以進行結(jié)構(gòu)-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(huán)境”內(nèi)的解析成果，可以對另一“物理環(huán)境”內(nèi)的解析成果起到負(fù)載和限制作用。

將導(dǎo)電性、傳熱性及后續(xù)熱應(yīng)力分析相結(jié)合的帶電工作裝置多物理場分析流程如圖7所示。

6 結(jié)束語

針對高壓10kV輸電線路直桿換耐張桿加裝柱上開關(guān)等大型而復(fù)雜的帶電作業(yè)項，在對已有施工方法利弊進行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于短桿技術(shù)的高海拔10kV線路小檔距帶電作業(yè)法新方法，并對該方法進行了系統(tǒng)集成、專用工具設(shè)計與研發(fā)。簡單來說，“以短桿技術(shù)為基礎(chǔ)的高海拔10kV線路小檔距帶電作業(yè)法”，是在較短的區(qū)間中，相對自由地引入斷開點，使得作業(yè)區(qū)間以及需要旁路的作業(yè)區(qū)間都變得很小，當(dāng)作業(yè)區(qū)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(yè)的工作量，并提高了安全可靠性。