随着工业化进程的加快，国民经济发展对配网供电质量的要求越来越高，提高配网供电可靠性对社会发展至关重要^[1]。然而，配网高故障率、复杂的地理环境^[2-3]和多元化的设备^[4]给检修带来困难。目前国内主要以停电作业为主的配网检修方式，停电范围广、缺电时限长，因此亟须停电范围小、停电时间短的带电作业才能很好地解决这个问题。

本文基于10 kV配电网复杂的结构形式，总结配网检修存在的难点，详细归纳现有的带电作业方法，分析不同带电作业法泄漏电流回路，根据泄漏电流进行带电作业的安全可行性分析，对未来中压配网带电作业的形式提出了展望。

1.   中压配电线路结构特征

1.1   中压配电线路结构

中压配电网具有多分支的特点^[5]，本文以华东地区10 kV中压配电网结构为例，配网中某条配电线路示意图如图1所示。图中Bus 1、Bus 2、Bus 3、Bus 4、Bus 5代表集中负荷所在节点，Bus 2-1和Bus 2-2分别为分支线路上负荷2和负荷3所在节点，Bus A和Bus B分别为变电站A出口母线、变电站B出口母线。考虑到现实用电可靠性，10 kV配网线路大多采用闭环设计、开环运行。该10 kV配网线路受电电源为变电站A，通过联络断路器与变电站B构成闭环，Bus A出口柱上断路器采用常闭运行方式，联络断路器（Bus B端）采用常开运行方式。该配网变电站A和变电站B主变压器额定容量均为50 MV·A，额定变比为110/10 kV。图中将配网负荷划分为5个集中负荷，以Bus 3集中负荷4为例，每个集中负荷由5个用户组成，5个用户包含若干个低压用户和若干个中压用户。

图  1  10 kV配电线路结构示意图

Figure  1.  Structure diagram of the 10kV distribution line

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1.2   中压配电线路检修难点

从图1可以看出，10 kV配电线路检修存在3个难点：（1）与输电线路不同的是，配电线路分支数量多、分布广，因此出现故障后巡线效率较低，造成停电时间长，扩大停电范围 ；（2）配电架空线路走廊环境复杂，多与树、建筑物等接地体相近，不易于及时查找故障点，且容易受到小动物侵扰造成接地短路故障，同时暴风雨季节树木倒塌会造成短路和断线故障；（3）架设高度低，一般15 m或13 m电杆架设，受到地面塑料膜、风筝等威胁大，造成短路故障。

根据配网检修存在的问题，造成停电影响大，积极推广配网带电作业以适应社会经济生产发展的需要。

2.   带电作业技术发展

带电作业根据项目内容可分为33类^[3]，这33类带电作业项目有3类不同的划分标准，包括基于作业工具分类、基于电位回路分类和基于停电范围分类。

2.1   基于作业工具分类

根据带电作业使用的绝缘工器具分类，可分为绝缘杆作业法和绝缘手套作业法。

2.1.1   绝缘杆作业法

绝缘杆作业法以脚扣登杆或绝缘平台为基础，利用绝缘操作杆作为人与带电体之间的主绝缘。国内外初期带电作业都是从绝缘杆作业法开始，作业人员通过绝缘操作杆开展一系列简单的作业内容。绝缘杆作业法对作业工具的要求较低，人体不接触带电体，不须要开展复杂的绝缘遮蔽工作，降低安全风险^[6]，作业时一直举着操作杆，对体能要求高。采用绝缘操作杆作业可以保证足够的空气间隙，适合杆上设备较多、接线复杂以及多回线路间距离较小等场合。同时绝缘杆作业法对绝缘平台的要求较为灵活，在高架车等移动式平台无法到达的环境下广泛应用。

2.1.2   绝缘手套作业法

随着新材料的发展，越来越丰富的绝缘工具研发投产^[7]，极大地推动了绝缘手套作业法的发展。绝缘手套作业法主要采用高架车等绝缘平台开展带电作业，作业人员戴绝缘手套接触带电体，与带电体之间的安全距离往往得不到满足，因此对作业范围能触及的带电体、接地体都要进行严格的绝缘遮蔽^[8]，对绝缘工具要求高。相较于绝缘杆作业法，绝缘手套作业法具有较强的灵活性，能开展更多更复杂的带电作业项目，对体能要求低，是目前适用最广泛的作业形式。

2.2   基于电流回路分类

根据带电作业时流经人体的泄漏电流回路分类，可以将带电作业分为3类：等电位法、中间电位法和地电位法。

2.2.1   等电位法

等电位法是指人体与带电体处于同一电位开展作业，泄漏电流回路为带电体—人体—绝缘体—接地体。等电位法如图2所示：(a)表示等电位法下人体与带电体相对位置示意图；(b)表示等电位法泄漏电流回路图。图2中U_AC为带电体对地电压，I_C为流经人体的泄漏电流，Z_人为人体等效阻抗，Z_绝缘体为绝缘体等效阻抗。

图  2  等电位法

Figure  2.  Equipotential method

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等电位法时作业人员穿戴屏蔽服，直接与带电体接触。由于配网相间距较小、相地距离短，作业人员进行电位转移时容易发生短路事故，因此配电网一般不采用等电位法^[9]。

2.2.2   中间电位法

中间电位法^[8]包括所有绝缘手套作业法和基于绝缘平台的绝缘杆作业法。作业时，作业人员采用绝缘手套或绝缘操作杆与带电体接触，通过绝缘平台与接地体接触，泄漏电流回路为带电体—绝缘体—人体—绝缘体—接地体。中间电位作业法如图3所示：(a)和(b)分别表示绝缘手套中间电位法和基于绝缘平台的绝缘杆中间电位法；(c)表示中间电位法泄漏电流回路图。

图  3  中间电位法

Figure  3.  Middle potential method

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根据上文阐述的配电网检修特点，中间电位法在配网检修中应用最广。从图3中可以看出，中间电位法可以保证作业人员与带电体、接地体之间的安全距离，兼顾安全生产和作业效率。同时中间电位法可以利用绝缘手套法开展各种复杂的带电作业项目，又可通过部分绝缘杆作业法实现线路密集、设备较多等难以保证安全距离的环境下带电作业。

2.2.3   地电位法

地电位法^[8]是带电作业初期的使用方法，作业人员利用接地体作为基础平台，通过绝缘工具开展带电作业，上文总结的脚扣登杆绝缘杆作业法就属于地电位法。地电位法泄漏电流回路为带电体—绝缘体—人体—接地体，其作业示意图如图4所示，(a)和(b)分别表示地电位下人与接地体相对位置和泄漏电流回路。

图  4  地电位法

Figure  4.  Ground potential method

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对比图4和图2，可以看出，地电位法与等电位法的人地相对位置相反，泄漏电流回路阻抗一样，仅是相对位置有区别。地电位法在配网中的应用主要是弥补中间电位法依赖绝缘平台的缺点，可以彻底解决绝缘平台无法达到的环境下难以开展中间电位作业的困难。

2.3   基于停电范围分类

带电作业概念包括不完全停电和不停电2种，其中不完全停电指的是部分负荷停电，不停电指的是负荷不停电。根据对停电范围的要求可以分为不带负荷作业法和带负荷作业法（旁路作业法）。

2.3.1   不带负荷作业法

不带负荷作业法是目前带电作业的主流形式，当配网发生故障时，通过拉开下级柱上断路器和跌落式熔断器，将故障区前后负荷隔离开，实现故障区前负荷不停电作业，这种作业方式避免负荷电流的危险，较为简单、安全、便捷。图5表示不带负荷作业法。从图5可以看出，当Bus 2-1后端发生故障F1时，不带负荷作业法须要将柱上断路器QF2拉开，隔离负荷3，保证线路其他负荷正常运，将停电范围缩小至20%（以图1负荷为例）。当集中负荷4内部发生故障F2时，不带负荷作业法须要将F2末端的熔断器拉开，隔离该负荷，将停电范围缩小至4%。

图  5  不带负荷作业法

Figure  5.  No-load working method

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2.3.2   带负荷作业法

带负荷作业法采用旁路形式^[10]，将故障区域短接，利用绝缘引流线等装置将负荷电流分流，实现不停电作业^[11]，包括移动箱变车、应急发电车等作业形式，主要在重要的负荷面临停电的情况下开展。这种方法能够保证负荷正常运行（或者短时停电），但是作业量大、危险因素多、操作复杂、作业时间长。

3.   带电作业安全可行性分析

输电线路带电作业安全主要受强磁场强电场的影响^[12]，低压配电线路带电作业安全主要受电弧影响^[13]，对于10 kV配网带电作业来说，其安全性主要受电流影响。电力系统规定了不同电压等级下的最小安全距离，在保证满足足够的安全距离和绝缘工具的最小有效长度的条件下^[14]，保证泄漏电流不超过人体感知电流就能够保证作业安全。以中间电位为例（地电位和等电位泄漏电流回路分析与中间电位一样），分析带电作业的安全要求。根据相关规定可知，人体感知电流为1 mA^[15]。

当人体和绝缘体均视作阻性元件时，根据图3所示，泄漏电流为：

根据绝缘操作工具的绝缘电阻要求可知，有效绝缘长度下绝缘电阻不小于700 MΩ，此时人体电阻忽略不计，由式（1）计算得知I_C = 7.14 μA，远小于1 mA，因此可以保证安全。

当人体和绝缘体均视作容性元件时，根据图3，忽略人体电容，泄漏电流为：

式中：$U_{\rm AC} =10\;\rm kV$；ω为角频率，$\omega=2{\text{π}}f$；f为频率，$f=50\;\rm Hz$。

根据绝缘工具的绝缘特性可知，其电容达到1 pF，由式（2）计算得知$I_{\rm{C}}=1.57\;{\text{μ}}\rm A$，远小于1 mA，因此可以保证安全。

当人体和绝缘体阻性容性并存时，泄漏电流介于式（1）和式（2）之间，因此在绝缘工器具满足绝缘电阻试验要求时，泄漏电流远小于人体感知电流，带电作业可以保证人体安全。

4.   结束语

基于配电网复杂的地理环境、庞大的分支线路和较低的架设高度给电网带来更高的故障风险，本文通过分析10 kV配电网故障检修存在的难点，详细地总结了解决相应困难的带电作业方法，并从不同的角度进行归纳，给不同场景下配网检修提供了方法遵循。国民经济发展对用电需求逐步提升，对供电可靠性要求越来越高，推动中压配电网带电作业深入发展，现有的带电作业技术存在一定的不足，未来需要进一步研究完全不停电作业的理论支撑和技术指导。