變電站感應電影響與防護探討

許加凱，趙斌財，張 曉，王思城

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261021）

變電站感應電影響與防護探討

許加凱，趙斌財，張 曉，王思城

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261021）

通過定量計算和定性分析，查找變電站內感應電產生的原因。從作業地點和作業人員所處電位兩個方面對變電站感應電進行了分類，分析了感應電對人體的影響，探討了感應電安全防護措施。

感應電；定量計算；定性分析；防護

0 引言

近年來，感應電傷人事故時有發生，造成了不可挽回的損失，嚴重威脅著電力系統的安全運行。感應電不僅威脅著電力作業人員的生命安全，更可能導致重大安全事故，造成重大財產和經濟損失。

強化檢修作業現場感應電預防安全管控，提高作業人員對感應電隱蔽性和危險性的防范意識，對保證作業現場人身和設備安全具有重要的意義。

1 變電站內感應電分析

1.1 感應電的來源

靜電感應和電磁感應是變電站內感應電產生的兩大要因。

靜電感應。變電站內帶電導體是產生靜電感應的主要根源，帶電導體會在其鄰近空間產生高壓電場。處于電場中的對地絕緣的導體與帶電導體之間具有極間電容，與地之間具有對地電容。由于電容耦合效應，對地絕緣的導體上產生靜電感應電壓。帶電體、被感應導體和地之間的分布電容關系是影響靜電感應大小的主要影響因素。此外，也與帶電導體以及被感應導體的電壓等級、幾何尺寸有關。

電磁感應。由電磁感應原理可知，當交變電流流過線路，會在該線路周圍產生交變的磁場。如果停電檢修的線路與帶電線路交鏈，會在停電檢修線路上感應出沿線路方向分布的電勢。這種由于停電檢修線路與帶電線路之間的互感效應而產生的磁耦合為電磁感應。帶電體中電流產生交變磁場的強弱、停電檢修線路和帶電線路之間的耦合系數、線路的對地絕緣程度是影響電磁感應大小的主要因素。特別當帶電線路流過故障電流時，停電檢修線路上的電磁感應電壓尤為突出。

1.2 感應電的定量計算

1.2.1 靜電感應

變電站內單間隔或多間隔停電檢修，而鄰近間隔帶電的檢修作業較多。由于停電檢修線路和帶電運行的線路之間存在分布電容，會在鄰近間隔的檢修線路上產生較高的靜電感應電壓。

如圖1所示，帶電運行線路在任意一相停電檢修線路上產生的感應電流為

式中：Up為帶電運行線路的額定相電壓；Xc為停電檢修線路和帶電運行的線路之間的容抗。

圖1 靜電感應示意

停電檢修線路和帶電運行的線路之間的分布電容［1］C的計算公式為

式中：ε0為空氣的介電常數；d為停電檢修線路和帶電運行線路之間的距離；r1為帶電運行線路的半徑；r2為停電檢修線路的半徑。

圖1中停電檢修線路的A′相最靠近帶電設備線路，假設三相帶電線路電壓對稱，A′相的對地電容為CA′，A′相與A、B、C相之間的分布電容分別為CA′A、CA′B、CA′C，帶電運行線路的相電壓分別為UA、UB、UC。根據耦合電容分壓原理，停電檢修線路A′相的靜電感應電壓UpA′為

由式（3）和式（4）可知，靜電感應電壓的大小與停電檢修線路和帶電運行線路之間的距離有關，與線路長度無關。

1.2.2 電磁感應

變電站內單間隔或多間隔停電檢修時，帶電運行線路對停電檢修線路所產生的電磁感應有兩個來源［2］，即帶電運行線路的不平衡零序電流I0對停電檢修線路產生的零序感應電壓U0；帶電運行線路的三相平衡電流Ia、Ib和Ic對停電檢修線路產生的電壓Uma、Umb和Umc。

帶電運行的線路L1會在其周圍產生交變磁場，根據電磁感應原理，若處于該磁場中的停電檢修線路L2與L1二者平行或存在交角，則線路L2中會產生沿L2分布的感應電壓［3］，電磁感應電壓Um可表示為式中：ω為帶電運行線路的角頻率；λ為屏蔽系數，通常為1；M為兩線路間的互感系數；Ij為帶電線路j中通過的電流；lj為帶電線路j和檢修線路的平行感應長度，km。

根據式（5），停電檢修線路A′相總的電磁感應電壓UmA′為

由式（6）可知，電磁感應電壓UmA′的大小與帶電線路中通過的電流大小、線路間平行感應長度成正比。

3）感應電壓計算。

綜合考慮靜電感應和電磁感應兩種因素，停電檢修線路A′相的感應電壓UA′為

由式（7）可知，感應電壓的大小與帶電運行線路的電壓和電流大小、停電檢修線路和帶電運行線路之間的距離及二者的平行感應長度等因素相關。

1.3 感應電定性分析

變電站內單間隔或多間隔停電檢修，而鄰近間隔線路帶電的檢修作業，在停電間隔線路上共有4種不同的感應參量：靜電感應電壓、靜電感應電流、電磁感應電壓、電磁感應電流，分別表征停電檢修線路兩端不同接電狀態時的感應量［4-5］。這些參量的大小與間隔布局位置、導線的排列、運行方式、線路長度等因素有關。

1）若停電檢修線路不接地，如圖2所示，被檢修線路上將會產生感應電壓，該感應電壓的靜電耦合分量占主導，感應電壓值各處相等。

2）若停電檢修線路單端接地，如圖3所示，接地點將流過感應電流，該感應電流的靜電耦合分量占主導。該線路另一端會產生較高的電磁耦合電壓。此時接地端感應電壓為0，非接地端最大；感應電流接地端最大，非接地端為0。

3）若停電檢修線路兩端接地，如圖4所示，則接地點會產生電磁耦合電流。此時，兩端感應電壓為0，中間最大，其最大幅值與兩端接地間距有關。間距越大，感應電壓越大；感應電流兩端最大，中點為0。

圖2 不接地感應電壓與電流關系

圖3 一端接地感應電壓與電流關系

圖4 兩端接地感應電壓與電流關系

2 變電站內感應電作業類型

2.1 按作業地點分類

根據作業地點不同，變電站內涉及感應電的作業主要包括鄰近設備／線路帶電的作業、運行設備上的作業、移動／傳遞導電物體和組合電器上的作業。

1）鄰近設備／線路帶電的作業。

鄰近設備／線路帶電的作業是變電站檢修維護時的主要作業方式。

鄰近間隔帶電的停電檢修作業，如斷路器檢修、隔離開關更換、絕緣子瓷瓶涂刷防污閃涂料等，靠近鄰近間隔的邊相感應電較強。

變電站構架上的工作，如鳥巢拆除、進出線絕緣子更換、阻波器拆除等，這些工作需要使用斗臂車或人工攀爬到高處作業，距離高壓進出線較近，感應電較強。

單母線停電檢修作業，此時相鄰母線帶電，在停電母線下方或周圍作業時，對地絕緣的導電體將產生感應電壓。

2）運行設備上的作業。

SF6電氣設備運行中經常因泄漏造成告警、閉鎖信號，經常需要檢修人員進行帶電補氣工作。

對運行中的互感器設備定期進行維護試驗，是一項常規性技術監督工作，如油浸式互感器取油樣，SF6互感器運行中的氣體含水量檢測等。

上述兩項工作均需要在帶電運行設備上進行，人體距離帶電部位較近，易受到感應電威脅。

3）移動／傳遞導電物體。

這類作業主要包括：起重、運輸車輛起吊、運輸金屬物體，如組合電器加裝鋼結構棚時吊裝鋼梁；地面作業人員在強電場中觸摸停電設備上的金屬部件；用絕緣繩索傳遞大件金屬物品等。導電物體在強電場環境中處于中間懸浮電位，人體接觸后，通過人體對地放電。

4）組合電器上的作業。

GIS設備的母線和外殼是一對同軸的兩個電極，當電流通過母線時，在外殼產生感應電壓。電力標準［6-7］規定GIS設備外殼和支架上的感應電壓，正常運行條件下不應大于24V，故障條件不應大于100 V。若站外發生短路，母線上將流過很大的短路電流，此時在外殼上的感應電壓會更加顯著，可能對人體安全構成威脅。

2.2 按作業人員所處電位分類

根據作業人員處于電位的不同［7］，變電站內可能產生感應電的作業分為地電位作業和中間電位作業。

1）地電位作業時的感應電。

如圖5所示，作業人員位于地面或接地構架上，人體電位與大地保持同一電位。對于220 kV及以下線路和設備，此時人體與接地體處于同一電位，作業人員所處位置電場強度低，不需要采取電場保護措施。

但是，對地絕緣的導電體在電場中因電容耦合靜電感應而積累一定量的電荷而處于一定電位［8］。如果處于地電位的作業人員用手去觸摸，導電體上的感應電荷將通過人體對地放電。

2）中間電位作業時的感應電。

圖5 地電位作業時感應電示意

如圖6所示，作業人員站在對地絕緣的平臺上，采用絕緣工器具進行作業。

圖6 中間電位作業時感應電示意

根據靜電感應原理，人體因對地電容耦合而處于懸浮中間電位，與接地體和帶電體之間均存在電位差。一旦接觸接地體，人體將通過接觸點對地放電，如處于地電位的作業人員直接接觸處于中間電位的作業人員傳遞工器具。

3 感應電對人體的影響

對于人體阻抗的取值，《IEEE交流變電站接地安全導則》［9］選用1 000Ω，《電力設備接地設計技術規范》［10］一直采用1 500Ω。人體電阻與被感應物體與地之間的容抗相比，小得多，在強電場中可視作導體。

感應電電擊對人體造成傷害主要是流經人體電流的大小，可分為穩態感應電流和暫態感應電流。

穩態感應電流是由于被感應物體本身積蓄的電荷放電的結果。人體對穩態電擊的生理反應及男性和女性對應這些生理反應的電流閾值如表 1所示［8，11－12］。

表1 穩態電擊的電流閾值 mA

穩態電擊對人體造成損傷的主要因素是流經人體的電流數值，IEC對交流電通過對人體生理效應的推薦值［11］，如表2所示。我國規定［12］10mA為人體安全電流限值。

表2交流電通過人體生理效應推薦值 mA

暫態感應電流是被感應物體的電容電流［8］。暫態電擊是人體接觸處于中間電位的導體，積累在導體上的電荷瞬間對人體放電所產生，人體對暫態電擊產生生理反應的能量閾值如表3所示。由于作用時間短，且被感應物體不能積累足夠大能量，因此暫態感應電流對人體的危害較小［13］。

表3人體對暫態電擊產生生理反應的能量閾值

4 變電站感應電的安全防護

組織作業人員學習感應電產生的原理及預防措施，通過現場勘查和事故預想提高對感應電的危險性預判，結合《電力安全工作規程》［14］和生產實際制定感應電防觸電措施。

在變電站內構架上或鄰近構架的高空作業車上作業，以及單間隔或部分設備停電檢修作業時，若鄰近構架或間隔帶電，需要采取防感應的措施。

在變電站內可能產生感應電的場所進行檢修消缺、電氣試驗等工作，應戴絕緣手套，使用絕緣工具，同時與周圍帶電體保持足夠的安全距離。 對變電站內設備不停電或需帶電進行的作業，應采取加裝工作接地線、穿靜電感應防護服等防靜電感應措施。

5 結語

從變電站內靜電感應和電磁感應產生的機理出發，結合作業地點和作業人員所處電位，采取相應的感應電防護組織措施和技術措施，加強作業現場安全管控，能夠有效降低感應電的危害，確保作業現場人身和設備安全。

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Analysis and Prevention of Induced Electricity in Substations

X U Jiakai，Z HAO Bincai，Z HANG Xiao，W ANG Sicheng
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang，261021，China）

Based on quantitative calculation and qualitative analysis，the reason of the produce of induced electricity in substations is researched.The induced electricity is classified in aspects of the operating position and the electric potential of the operating personnel.Effects of the induced electricity on human beings are also analyzed.Finally，some safety prevention measures are explored.

induced electricity；quantitative calculation；qualitative analysis；prevention

TM63

B

1007－9904（2017）06－0073－04

2016－12－07

許加凱（1987），男，工程師，從事變電站設備檢修工作。