基于不停電作業法的10kV 配網架空線路帶電檢修技術研究

【關鍵詞】不停電作業法；架空線路；檢修；帶電；10kV 配網

引言

電力作為現代社會的“血液”，其供應的穩定性和安全性對于城市的正常運行至關重要。10kV配網作為電力傳輸的重要環節，其架空線路的安全運行直接關系到廣大用戶的用電質量。因此，對于10kV配網架空線路的帶電檢修技術，一直是電力領域研究的熱點和難點。目前，針對10kV配網架空線路的帶電檢修，主要采用文獻[1]提出的絕緣桿作業法。該方法利用絕緣桿工具，在帶電體與地之間形成縱向絕緣防護，從而保障作業人員在不停電的情況下進行檢修工作。[1]然而，盡管絕緣桿作業法在一定程度上解決了停電檢修帶來的問題，但在實際應用中仍存在一些不足。首先，現有的絕緣桿操作工具功能單一，且未充分考慮人體工程學設計和助力輔助裝置，導致作業人員在進行線路檢修時勞動強度較大，特別是在狹小空間內作業時，更容易產生疲勞，影響作業效率和安全性。其次，對于配網架空線路施工過程中的規格不統一、老舊線路與新建線路混合使用等問題，現有的絕緣桿作業法難以提供有效的解決方案，可能導致在斷、接引線等操作時安全距離不足，增加觸電風險。因此，針對現有不停電作業法存在的問題，有必要對10kV配網架空線路帶電檢修技術進行深入研究，探索更加高效、安全的檢修方法，以滿足城市對電力供應穩定性和安全性的要求。

一、基于不停電作業法的配網電磁暫態計算模型建立

在電力系統中，電磁暫態計算模型的建立是至關重要的。這一模型不僅能夠幫助我們深入理解系統在正常運行和故障狀態下的行為，還能為后續的檢修策略提供理論依據。在10kV配網中，這種模型的建立尤為復雜，因為它需要考慮到配網的特殊性，如線路的分布、負載的多樣性以及可能出現的各種故障情況。在配網中，基于不停電作業法，建立電磁暫態計算模型。配網中的電磁暫態現象通常發生在設備投切、故障發生或清除等時刻，這些事件會引起電流、電壓的急劇變化[2]。為了準確描述這些現象，需要建立合適的數學模型。首先確定各個電路元件模型：

V=IR（1）

V=L（dI/dt）（2）

I=C（dV/dt）（3）

其中，V表示電壓；I表示電流；R表示電阻；L表示電感；C表示電容。根據上述公式，確定電壓與電流、電感與電流、電容與電壓之間的關系。對于包含多個元件的復雜電路，可以通過節點電壓法建立方程組。假設有n個節點，每個節點都有一個電壓Vi（i=1，2，L，n），則可以建立n-1個節點電壓方程。電磁暫態現象通常涉及動態元件（如電感、電容），因此需要考慮其微分特性[3]。將電路元件的方程與節點電壓方程結合，可以得到一組描述電磁暫態的微分方程組。在求解電磁暫態方程組時，需要知道初始時刻的電壓和電流值。這些值可以通過實際測量或系統穩態分析得到[4]。在10kV配網的檢修作業中，實施不停電作業旁路技術時，為了保障檢修工作的進行，通常會臨時將主回路切換到旁路系統。這種切換過程實際上是從一個穩定的電氣狀態過渡到另一個穩定狀態，這個過渡階段被稱為電磁暫態過程[5]。在這一過程中傳輸線波動方程可表示為：

U=Ea+IaRa+Ir（4）

其中，U表示電壓波動；Ea表示電樞繞組感應電動勢；Ia表示電樞電流；Ra表示電樞繞組電阻；Tr表示電樞電阻壓降。通過對配網電磁暫態計算模型的建立，將幫助我們得到電壓和電流在配網中的分布和傳播情況，從而評估電磁暫態過程對配網的影響，為后續檢修策略提供理論依據。電磁暫態計算模型的建立，不僅有助于我們更好地理解10kV配網的行為特性，還能為檢修工作提供科學的指導。通過模擬各種可能的故障情況，我們可以制定出更為合理、有效的檢修策略，從而提高配網的穩定性和安全性。

二、10kV配網架空線路運行期間受力計算

在10kV配網架空線路的運行期間，受力計算是確保線路穩定運行和安全性的重要環節。這種計算通常涉及多個因素，包括線路自身的物理特性、環境條件以及負載情況等。首先，需要考慮的是線路的物理參數，如線路的材質、截面面積、長度等。這些參數將直接影響線路的機械強度和承重能力。其次，環境條件也是影響線路受力的重要因素。例如，風、雪、冰等自然力會對線路產生額外的拉力或壓力。特別是在強風或惡劣天氣條件下，線路的受力情況會變得更加復雜和嚴峻。此外，負載情況也是受力計算中不可忽視的因素。隨著電力需求的增長，配網線路的負載也在不斷增加。負載的增加會導致線路產生更多的熱量和應力，從而影響其穩定性和安全性。在進行受力計算時，通常會采用一些專門的計算方法和工具，如有限元分析、結構力學模型等。這些方法可以更準確地預測和分析線路在各種情況下的受力情況，從而采取相應的措施來確保線路的穩定運行和安全性。具體而言，假設線路在水平方向上受到均勻分布的拉力T，那么單位長度上的拉力（即張力）t可以表示為：

t=T/L（5）

其中，L表示線路總長度。當風作用于線路時，會產生一個附加的拉力。這個拉力的大小取決于風速、風向和線路的幾何形狀。通常，可以使用以下公式估算：

Fw=0.613創Cd A創r v2（6）

其中，Fw表示風壓引起的附加拉力；cd表示阻力系數（與線路形狀有關）；A表示線路在垂直于風向平面上的投影面積；r表示空氣密度；v表示風速。線路自身重量也會對線路產生拉力。這個拉力的大小取決于線路的單位長度重量和線路的長度。通常，可以使用以下公式計算：

Fg=w？L（7）

其中，Fg表示線路自重引起的拉力；w表示線路的單位長度重量。在實際應用中，還需要根據具體的線路參數、環境條件和負載情況進行詳細的計算和分析。此外，為了確保計算結果的準確性和可靠性，還需要考慮一些其他因素，如線路的振動、溫度變化等。

三、三相不同時間開斷架空導線線路帶電檢修

在探討10kV配網不停電作業中旁路技術的運用時，針對受力問題，需要特別關注線路檔距和弧垂的精準計算。線路檔距，具體指的是電線在兩端電桿之間所跨越的實際距離，它反映了電線的空間布局和支撐結構。而弧垂，則是指電線在自身重力作用下產生的自然下垂現象，這一特性使得配網線路在實際運行中呈現出一種曲線狀態。因此，準確計算并控制這兩個參數，對于確保配網線路的安全穩定運行至關重要。對應的公式為：

y=k？cos h（x/k）k（8）

其中，y表示曲線函數；k表示參數，需要根據其他實際測量數值計算得出；h表示線路與電桿連接點位置與線路在空中垂落最低點之間的高度差；x表示線路與電桿的初始接觸點橫軸坐標。將垂直方向設置為Y坐標向，建立二元直角坐標系，在該直角坐標系當中，將上述公式中的對應關系代入，將表達式轉化為：

y+H=k？cos h[（x L/2）/k]-k（9）

在該坐標系當中選擇幾個點位，坐標為（L，0），代入計算后得到H與k之間的關系為：

H=k？cos h（L/2k） k（10）

公式中，系數k值可以通過上述公式計算得出，將得到的結果重新代入上述公式，求出線路曲線方程。在分析了線路長度、高度參數與力學參數的綜合比對之后，能夠清晰地了解小旁路電磁暫態過程中線路的機械受力狀況。這一綜合評估為判斷不停電作業旁路技術的應用是否安全提供了關鍵依據。基于這一結果，進一步深入考量電氣連接和絕緣性能等方面，以確保整個作業過程的安全性。

四、對比實驗

通過上述論述，提出一種全新的帶電檢修技術，針對該技術實際應用的優勢和可行性進行驗證。以某10kV配網為例，分別利用本文檢修技術和文獻[1]基于絕緣桿作業法的檢修技術對該配網架空線路進行帶電作業檢修。該小型發電廠擁有3臺參數相同的發電機組，每臺發電機組的額定電壓為10.5kV，發電功率為25MW，功率因數為0.8。三臺發電機組并聯運行，并通過兩臺功率為60MW的主變壓器與110kV變電所線路相連。這兩臺主變壓器的額定電壓為121kV，接地電壓為38.5kV。將損失負荷作為檢修效果的量化指標，分別利用兩種檢修技術完成對該10kV配網5條架空線路進行帶電檢修，并將檢修過程中產生的損失負荷進行記錄，得到如表1所示結果。

從表1中記錄的數據可以看出，在應用文獻[1]檢修技術對A～E架空線路進行檢修時，各線路均需要停電10.0min以上，產生的損失負荷均高于20.00KW，并且由于線路D停電時間超過15.0min，因此產生的損耗負荷進一步增加，超過30.00KW。而應用本文上述提出的檢修技術，檢修時不需要進行停電操作，可以有效提高架空線路的運行效率，同時，所產生的損失負荷為線路本身運行中環境因素對其影響，且每條線路上的損失負荷量均未超過0.030KW，不會影響到10kV配網整體的運行。因此，通過上述得出的結果可以證明，本文提出的檢修技術更具實際應用價值和可行性。這種帶電檢修技術不僅避免了長時間的停電，減少了對用戶和電力系統的影響，而且損失負荷極低，幾乎可以忽略不計。這意味著，在實際應用中，該技術能夠確保電力供應的連續性，避免因停電而造成的經濟損失和社會影響。此外，該技術還展現了極高的靈活性和效率。由于無需停電，檢修工作可以在不影響系統正常運行的情況下進行，大幅縮短了檢修周期，提高了工作效率。同時，該技術對環境和外部因素的依賴性較小，使得檢修工作更加靈活可控。因此，這種帶電檢修技術有望在電力行業中得到廣泛應用，為電力系統的安全、穩定、高效運行提供有力保障。

結束語

隨著電力技術的不斷發展，10kV配網架空線路帶電檢修技術也在不斷進步。通過對現有不停電作業法的改進和創新，提出一種全新的檢修方法，該方法在實際應用中不僅可以提高檢修效率，降低作業人員的勞動強度，還可以有效保障作業過程中的安全性。未來，隨著智能電網和物聯網技術的融合應用，10kV配網架空線路帶電檢修技術將迎來更加廣闊的發展空間。可以預見，通過技術創新和智能化改造，10kV配網架空線路的帶電檢修將變得更加便捷、高效和安全，為城市的電力供應提供更加堅實的保障。同時，這也將對電力行業的可持續發展產生深遠影響，推動電力行業向著更加綠色、智能和高效的方向邁進。

參考文獻：

[1] 鄭長明， 陽佳峰， 高昂， 等. 永磁同步電機長線變頻驅動系統定頻滑模預測電流控制[J]. 電工技術學報，2023，38（4）：915-924.

[2] 夏彤. 大型軋鋼機交交變頻同步電機調速系統研究[D]. 重慶： 重慶大學，2006.

[3] 周芝峰， 周理. 直接轉矩變頻技術在起重機控制系統中的應用[J]. 電機與控制應用，2011，38（08）：49-52.

[4] 牛建民. 變頻器在塔式起重機上的應用研究[J]. 中國設備工程，2024（3）：158-160.

[5] 王大偉， 尚坤坤， 劉玉龍. 起重機調速系統中的變頻調速技術分析與研究[J]. 中國設備工程，2023（17）：87-89.