配電線路帶電搭接空載電纜終端引線的消弧策略研究

施昱青，冒波波

（國網上海市電力公司市北供電公司，上海 200072）

0 引 言

隨著配電網技術的不斷發(fā)展，城市配電網規(guī)模越來越大，結構也日趨復雜。目前，10 kV城區(qū)配電網以架空線-電纜網架為主。當變電站站內改造或出線電纜故障時，采用帶電拆除、搭接電纜終端引線的方式，可實現滿足配電網檢修要求的同時，不影響用戶用電需求，能有效提高供電可靠性[1]。

空載電纜具有電容特性，在帶電搭接終端引線時會產生電弧。該電弧強弱與電纜類型、截面積、長度及作業(yè)環(huán)境等關系密切[2-3]。當前，城區(qū)供電公司主要以絕緣斗臂車為作業(yè)平臺，采用絕緣手套作業(yè)法，通過空氣間隙或者單相消弧開關滅弧。空氣間隙滅弧雖然便捷，但人工操作隨意性大，且無法避免電弧的產生，安全性較差。利用單相消弧開關消弧，操作流程復雜，作業(yè)時間長。為克服現有消弧策略的不足，本文提出使用一種配電線路帶電搭接空載電纜終端引線的消弧裝置對空載電纜進行預充電，使之與所搭接架空相線電壓相同且相位同步，從而實現“等電位”搭接，避免電弧產生，操作簡便且安全性高。

1 帶電搭接電纜終端引線過程

城區(qū)10 kV配電網電系圖如圖1所示。正常狀態(tài)下，10 kV出線電纜通過電纜引線1與架空線路連接，隔離開關1、隔離開關2和隔離開關3均處于斷開位置。

圖1 10 kV配電網電系圖

當站內檢修或出線電纜故障時，為保證對用戶連續(xù)供電，閉合隔離開關3，帶電斷開電纜引線1與架空線的連接，退出運行。此時，原用戶由電纜引線2提供電能。當檢修完畢，帶電搭接電纜引線1與架空線路投入運行，拉開隔離開關3，恢復線路正常運行狀態(tài)。出線電纜搭接前后示意圖如圖2（a）和圖2（b）所示。

圖2 出線電纜搭接前后示意圖

1.1 空氣間隙滅弧法

絕緣手套作業(yè)法搭接出線電纜引線，搭接過程相當于斷路器的合閘操作。當電容電流較小時，會產生一定的過電壓和過電流。隨著電纜長度的增加，暫態(tài)過程增長，出現明顯的拉弧現象。僅當穩(wěn)態(tài)電容電流值小于0.1 A時，可考慮使用空氣間隙滅弧，因為該滅弧方式依靠自然息弧，消弧能力較差。利用空氣間隙直接滅弧，即作業(yè)人員手持引線迅速與避雷器端部聯板搭接，動作的快慢將直接影響搭接過程中的暫態(tài)電流峰值、燃弧時間和過電壓[4]。作業(yè)過程雖然簡單便捷，但人工操作隨意性大，安全性較低。

1.2 消弧開關滅弧法

為保證作業(yè)人員安全，目前較多利用單相消弧開關搭接出線電纜引線。首先，將處于分閘位置的消弧開關一端與架空相線連接，另一端通過導流線與空載電纜終端連接。其次，合上消弧開關，使電纜終端與架空相線等電位，實現“等電位”搭接。最后，在搭接完成后再斷開消弧開關，拆除相關連接導流線。由于城區(qū)架空線路基本采用絕緣導線，需要對導線去除一段絕緣層，才能實現消弧開關上端與架空線的連接。去除絕緣層工作強度大，且破壞架空導線絕緣性能，整個作業(yè)操作流程復雜，搭接過程耗時長。

2 帶電搭接空載電纜終端引線的消弧裝置

為克服現有消弧策略的不足，設計使用一種消弧裝置對空載電纜進行預充電，使之與所搭接架空相線電壓相同且相位同步，從而實現等電位搭接，直接避免電弧產生。

2.1 系統(tǒng)組成

本文提出的配電線路帶電搭接空載電纜終端引線的消弧裝置，包括檢測裝置、直流電源、逆變器、控制器和光字牌。它的輸入端口連接架空相線，輸出端口連接空載電纜，接地端子與接地線連接，如圖3所示。

圖3 消弧裝置結構圖

2.2 工作原理

檢測裝置包括電壓幅值采集和利用鎖相環(huán)獲取實時相位，連接待搭接架空線，獲取實時電壓值和實時相位傳送給控制器。直流電源由鋰電池串聯組成，與逆變器連接，提供直流電壓給逆變器。逆變器后端連接待搭接空載電纜，控制器采用電壓PI控制，通過逆變器實現SPWM電壓跟蹤控制，使空載電纜電壓幅值和相位均與架空線下引線一致，即可實現等電位搭接電纜終端引線，避免電弧產生。光字牌能夠顯示架空相線引下線與所述空載電纜出線電壓狀態(tài)。當兩者完全一致（UO=Uref）時，光字牌亮，可以搭接；反之，不能搭接。運行示意圖如圖4所示。

圖4 消弧裝置運行示意圖

2.3 控制策略

考慮電壓瞬時值反饋PI控制結構簡單，參數易于調整，本文選用該種方法作為消弧裝置逆變器的控制策略。控制框圖如圖5所示。

圖5 逆變器控制框圖

圖5中，H(s)為PI控制環(huán)節(jié)，H(s)=kp+ki/s，Kpwm=Ud/Um，Udc為直流源電壓，Um為PWM調制器鋸齒波幅值，L(s)為LC濾波器傳遞函數。將實際輸出電壓值與參考電壓作比較，其差值經過PI控制后作為逆變器的PWM控制信號，從而實現對空載電纜電壓的控制[5]。

3 應用分析

某變電站電纜消缺，拆除終端引線，消缺工作完成后，需帶電搭接空載電纜終端引線。該作業(yè)采用本文所設計的消弧裝置，操作步驟如下：

步驟1：工作準備，選擇合適的位置停放絕緣斗臂車，斗內電工正確穿戴安全防護用具進入絕緣斗，系好安全帶；

步驟2：斗內電工操作絕緣斗臂車進入工作位置，視情況對導線、電桿、橫擔等做絕緣措施，由近至遠，由低到高；

步驟3：利用兆歐表檢查空載電纜無相間短路、接地；

步驟4：操作絕緣斗臂車至內邊相合適位置，將消弧裝置接地端子連接接地線，輸出端子連接空載電纜，輸入端子連接架空相線，做好相應的安全遮蔽措施；

步驟5：啟動電源開關，待消弧裝置給空載電纜充電；當空載電纜電壓與架空相線電壓完全一致時，光字牌亮，實施搭接；搭接完成后，關閉電源開關，依次拆除輸入端子和輸出端子；

步驟6：按步驟4和步驟5依次完成中相和外邊相的搭接工作；

步驟7：拆除絕緣措施，撤離現場。

4 結 論

本文分析配電線路帶電搭接空載電纜終端引線的常規(guī)作業(yè)方式。采用空氣間隙滅弧時滅弧能力差，操作隨意性大，安全性低；采用單相消弧開關滅弧時，操作繁瑣，且破壞架空相線的絕緣性能。為此，提出利用檢測裝置、直流電源、逆變器、控制器和光字牌組成跟隨式高壓交流發(fā)生器，對空載電纜進行預充電，使之與所搭接架空相線電壓相同且相位同步，從而實現電纜終端引線與空載電纜“等電位”搭接，避免電弧產生。該裝置易于操作，便于攜帶，能夠有效保證作業(yè)人員的安全。