变电站感应电影响与防护探讨

许加凯，赵斌财，张 晓，王思城

（国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261021）

变电站感应电影响与防护探讨

许加凯，赵斌财，张 晓，王思城

（国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261021）

通过定量计算和定性分析，查找变电站内感应电产生的原因。从作业地点和作业人员所处电位两个方面对变电站感应电进行了分类，分析了感应电对人体的影响，探讨了感应电安全防护措施。

感应电；定量计算；定性分析；防护

0 引言

近年来，感应电伤人事故时有发生，造成了不可挽回的损失，严重威胁着电力系统的安全运行。感应电不仅威胁着电力作业人员的生命安全，更可能导致重大安全事故，造成重大财产和经济损失。

强化检修作业现场感应电预防安全管控，提高作业人员对感应电隐蔽性和危险性的防范意识，对保证作业现场人身和设备安全具有重要的意义。

1 变电站内感应电分析

1.1 感应电的来源

静电感应和电磁感应是变电站内感应电产生的两大要因。

静电感应。变电站内带电导体是产生静电感应的主要根源，带电导体会在其邻近空间产生高压电场。处于电场中的对地绝缘的导体与带电导体之间具有极间电容，与地之间具有对地电容。由于电容耦合效应，对地绝缘的导体上产生静电感应电压。带电体、被感应导体和地之间的分布电容关系是影响静电感应大小的主要影响因素。此外，也与带电导体以及被感应导体的电压等级、几何尺寸有关。

电磁感应。由电磁感应原理可知，当交变电流流过线路，会在该线路周围产生交变的磁场。如果停电检修的线路与带电线路交链，会在停电检修线路上感应出沿线路方向分布的电势。这种由于停电检修线路与带电线路之间的互感效应而产生的磁耦合为电磁感应。带电体中电流产生交变磁场的强弱、停电检修线路和带电线路之间的耦合系数、线路的对地绝缘程度是影响电磁感应大小的主要因素。特别当带电线路流过故障电流时，停电检修线路上的电磁感应电压尤为突出。

1.2 感应电的定量计算

1.2.1 静电感应

变电站内单间隔或多间隔停电检修，而邻近间隔带电的检修作业较多。由于停电检修线路和带电运行的线路之间存在分布电容，会在邻近间隔的检修线路上产生较高的静电感应电压。

如图1所示，带电运行线路在任意一相停电检修线路上产生的感应电流为

式中：Up为带电运行线路的额定相电压；Xc为停电检修线路和带电运行的线路之间的容抗。

图1 静电感应示意

停电检修线路和带电运行的线路之间的分布电容［1］C的计算公式为

式中：ε0为空气的介电常数；d为停电检修线路和带电运行线路之间的距离；r1为带电运行线路的半径；r2为停电检修线路的半径。

图1中停电检修线路的A′相最靠近带电设备线路，假设三相带电线路电压对称，A′相的对地电容为CA′，A′相与A、B、C相之间的分布电容分别为CA′A、CA′B、CA′C，带电运行线路的相电压分别为UA、UB、UC。根据耦合电容分压原理，停电检修线路A′相的静电感应电压UpA′为

由式（3）和式（4）可知，静电感应电压的大小与停电检修线路和带电运行线路之间的距离有关，与线路长度无关。

1.2.2 电磁感应

变电站内单间隔或多间隔停电检修时，带电运行线路对停电检修线路所产生的电磁感应有两个来源［2］，即带电运行线路的不平衡零序电流I0对停电检修线路产生的零序感应电压U0；带电运行线路的三相平衡电流Ia、Ib和Ic对停电检修线路产生的电压Uma、Umb和Umc。

带电运行的线路L1会在其周围产生交变磁场，根据电磁感应原理，若处于该磁场中的停电检修线路L2与L1二者平行或存在交角，则线路L2中会产生沿L2分布的感应电压［3］，电磁感应电压Um可表示为式中：ω为带电运行线路的角频率；λ为屏蔽系数，通常为1；M为两线路间的互感系数；Ij为带电线路j中通过的电流；lj为带电线路j和检修线路的平行感应长度，km。

根据式（5），停电检修线路A′相总的电磁感应电压UmA′为

由式（6）可知，电磁感应电压UmA′的大小与带电线路中通过的电流大小、线路间平行感应长度成正比。

3）感应电压计算。

综合考虑静电感应和电磁感应两种因素，停电检修线路A′相的感应电压UA′为

由式（7）可知，感应电压的大小与带电运行线路的电压和电流大小、停电检修线路和带电运行线路之间的距离及二者的平行感应长度等因素相关。

1.3 感应电定性分析

变电站内单间隔或多间隔停电检修，而邻近间隔线路带电的检修作业，在停电间隔线路上共有4种不同的感应参量：静电感应电压、静电感应电流、电磁感应电压、电磁感应电流，分别表征停电检修线路两端不同接电状态时的感应量［4-5］。这些参量的大小与间隔布局位置、导线的排列、运行方式、线路长度等因素有关。

1）若停电检修线路不接地，如图2所示，被检修线路上将会产生感应电压，该感应电压的静电耦合分量占主导，感应电压值各处相等。

2）若停电检修线路单端接地，如图3所示，接地点将流过感应电流，该感应电流的静电耦合分量占主导。该线路另一端会产生较高的电磁耦合电压。此时接地端感应电压为0，非接地端最大；感应电流接地端最大，非接地端为0。

3）若停电检修线路两端接地，如图4所示，则接地点会产生电磁耦合电流。此时，两端感应电压为0，中间最大，其最大幅值与两端接地间距有关。间距越大，感应电压越大；感应电流两端最大，中点为0。

图2 不接地感应电压与电流关系

图3 一端接地感应电压与电流关系

图4 两端接地感应电压与电流关系

2 变电站内感应电作业类型

2.1 按作业地点分类

根据作业地点不同，变电站内涉及感应电的作业主要包括邻近设备／线路带电的作业、运行设备上的作业、移动／传递导电物体和组合电器上的作业。

1）邻近设备／线路带电的作业。

邻近设备／线路带电的作业是变电站检修维护时的主要作业方式。

邻近间隔带电的停电检修作业，如断路器检修、隔离开关更换、绝缘子瓷瓶涂刷防污闪涂料等，靠近邻近间隔的边相感应电较强。

变电站构架上的工作，如鸟巢拆除、进出线绝缘子更换、阻波器拆除等，这些工作需要使用斗臂车或人工攀爬到高处作业，距离高压进出线较近，感应电较强。

单母线停电检修作业，此时相邻母线带电，在停电母线下方或周围作业时，对地绝缘的导电体将产生感应电压。

2）运行设备上的作业。

SF6电气设备运行中经常因泄漏造成告警、闭锁信号，经常需要检修人员进行带电补气工作。

对运行中的互感器设备定期进行维护试验，是一项常规性技术监督工作，如油浸式互感器取油样，SF6互感器运行中的气体含水量检测等。

上述两项工作均需要在带电运行设备上进行，人体距离带电部位较近，易受到感应电威胁。

3）移动／传递导电物体。

这类作业主要包括：起重、运输车辆起吊、运输金属物体，如组合电器加装钢结构棚时吊装钢梁；地面作业人员在强电场中触摸停电设备上的金属部件；用绝缘绳索传递大件金属物品等。导电物体在强电场环境中处于中间悬浮电位，人体接触后，通过人体对地放电。

4）组合电器上的作业。

GIS设备的母线和外壳是一对同轴的两个电极，当电流通过母线时，在外壳产生感应电压。电力标准［6-7］规定GIS设备外壳和支架上的感应电压，正常运行条件下不应大于24V，故障条件不应大于100 V。若站外发生短路，母线上将流过很大的短路电流，此时在外壳上的感应电压会更加显著，可能对人体安全构成威胁。

2.2 按作业人员所处电位分类

根据作业人员处于电位的不同［7］，变电站内可能产生感应电的作业分为地电位作业和中间电位作业。

1）地电位作业时的感应电。

如图5所示，作业人员位于地面或接地构架上，人体电位与大地保持同一电位。对于220 kV及以下线路和设备，此时人体与接地体处于同一电位，作业人员所处位置电场强度低，不需要采取电场保护措施。

但是，对地绝缘的导电体在电场中因电容耦合静电感应而积累一定量的电荷而处于一定电位［8］。如果处于地电位的作业人员用手去触摸，导电体上的感应电荷将通过人体对地放电。

2）中间电位作业时的感应电。

图5 地电位作业时感应电示意

如图6所示，作业人员站在对地绝缘的平台上，采用绝缘工器具进行作业。

图6 中间电位作业时感应电示意

根据静电感应原理，人体因对地电容耦合而处于悬浮中间电位，与接地体和带电体之间均存在电位差。一旦接触接地体，人体将通过接触点对地放电，如处于地电位的作业人员直接接触处于中间电位的作业人员传递工器具。

3 感应电对人体的影响

对于人体阻抗的取值，《IEEE交流变电站接地安全导则》［9］选用1 000Ω，《电力设备接地设计技术规范》［10］一直采用1 500Ω。人体电阻与被感应物体与地之间的容抗相比，小得多，在强电场中可视作导体。

感应电电击对人体造成伤害主要是流经人体电流的大小，可分为稳态感应电流和暂态感应电流。

稳态感应电流是由于被感应物体本身积蓄的电荷放电的结果。人体对稳态电击的生理反应及男性和女性对应这些生理反应的电流阈值如表 1所示［8，11－12］。

表1 稳态电击的电流阈值 mA

稳态电击对人体造成损伤的主要因素是流经人体的电流数值，IEC对交流电通过对人体生理效应的推荐值［11］，如表2所示。我国规定［12］10mA为人体安全电流限值。

表2交流电通过人体生理效应推荐值 mA

暂态感应电流是被感应物体的电容电流［8］。暂态电击是人体接触处于中间电位的导体，积累在导体上的电荷瞬间对人体放电所产生，人体对暂态电击产生生理反应的能量阈值如表3所示。由于作用时间短，且被感应物体不能积累足够大能量，因此暂态感应电流对人体的危害较小［13］。

表3人体对暂态电击产生生理反应的能量阈值

4 变电站感应电的安全防护

组织作业人员学习感应电产生的原理及预防措施，通过现场勘查和事故预想提高对感应电的危险性预判，结合《电力安全工作规程》［14］和生产实际制定感应电防触电措施。

在变电站内构架上或邻近构架的高空作业车上作业，以及单间隔或部分设备停电检修作业时，若邻近构架或间隔带电，需要采取防感应的措施。

在变电站内可能产生感应电的场所进行检修消缺、电气试验等工作，应戴绝缘手套，使用绝缘工具，同时与周围带电体保持足够的安全距离。 对变电站内设备不停电或需带电进行的作业，应采取加装工作接地线、穿静电感应防护服等防静电感应措施。

5 结语

从变电站内静电感应和电磁感应产生的机理出发，结合作业地点和作业人员所处电位，采取相应的感应电防护组织措施和技术措施，加强作业现场安全管控，能够有效降低感应电的危害，确保作业现场人身和设备安全。

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［14］国家电网公司科技部.电力安全工作规程变电部分：Q／GDW 1799.1—2013［S］.北京：中国电力出版社，2013.

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

许加凯（1987），男，工程师，从事变电站设备检修工作。