配电线路带电搭接空载电缆终端引线的消弧策略研究

施昱青，冒波波

（国网上海市电力公司市北供电公司，上海 200072）

0 引 言

随着配电网技术的不断发展，城市配电网规模越来越大，结构也日趋复杂。目前，10 kV城区配电网以架空线-电缆网架为主。当变电站站内改造或出线电缆故障时，采用带电拆除、搭接电缆终端引线的方式，可实现满足配电网检修要求的同时，不影响用户用电需求，能有效提高供电可靠性[1]。

空载电缆具有电容特性，在带电搭接终端引线时会产生电弧。该电弧强弱与电缆类型、截面积、长度及作业环境等关系密切[2-3]。当前，城区供电公司主要以绝缘斗臂车为作业平台，采用绝缘手套作业法，通过空气间隙或者单相消弧开关灭弧。空气间隙灭弧虽然便捷，但人工操作随意性大，且无法避免电弧的产生，安全性较差。利用单相消弧开关消弧，操作流程复杂，作业时间长。为克服现有消弧策略的不足，本文提出使用一种配电线路带电搭接空载电缆终端引线的消弧装置对空载电缆进行预充电，使之与所搭接架空相线电压相同且相位同步，从而实现“等电位”搭接，避免电弧产生，操作简便且安全性高。

1 带电搭接电缆终端引线过程

城区10 kV配电网电系图如图1所示。正常状态下，10 kV出线电缆通过电缆引线1与架空线路连接，隔离开关1、隔离开关2和隔离开关3均处于断开位置。

图1 10 kV配电网电系图

当站内检修或出线电缆故障时，为保证对用户连续供电，闭合隔离开关3，带电断开电缆引线1与架空线的连接，退出运行。此时，原用户由电缆引线2提供电能。当检修完毕，带电搭接电缆引线1与架空线路投入运行，拉开隔离开关3，恢复线路正常运行状态。出线电缆搭接前后示意图如图2（a）和图2（b）所示。

图2 出线电缆搭接前后示意图

1.1 空气间隙灭弧法

绝缘手套作业法搭接出线电缆引线，搭接过程相当于断路器的合闸操作。当电容电流较小时，会产生一定的过电压和过电流。随着电缆长度的增加，暂态过程增长，出现明显的拉弧现象。仅当稳态电容电流值小于0.1 A时，可考虑使用空气间隙灭弧，因为该灭弧方式依靠自然息弧，消弧能力较差。利用空气间隙直接灭弧，即作业人员手持引线迅速与避雷器端部联板搭接，动作的快慢将直接影响搭接过程中的暂态电流峰值、燃弧时间和过电压[4]。作业过程虽然简单便捷，但人工操作随意性大，安全性较低。

1.2 消弧开关灭弧法

为保证作业人员安全，目前较多利用单相消弧开关搭接出线电缆引线。首先，将处于分闸位置的消弧开关一端与架空相线连接，另一端通过导流线与空载电缆终端连接。其次，合上消弧开关，使电缆终端与架空相线等电位，实现“等电位”搭接。最后，在搭接完成后再断开消弧开关，拆除相关连接导流线。由于城区架空线路基本采用绝缘导线，需要对导线去除一段绝缘层，才能实现消弧开关上端与架空线的连接。去除绝缘层工作强度大，且破坏架空导线绝缘性能，整个作业操作流程复杂，搭接过程耗时长。

2 带电搭接空载电缆终端引线的消弧装置

为克服现有消弧策略的不足，设计使用一种消弧装置对空载电缆进行预充电，使之与所搭接架空相线电压相同且相位同步，从而实现等电位搭接，直接避免电弧产生。

2.1 系统组成

本文提出的配电线路带电搭接空载电缆终端引线的消弧装置，包括检测装置、直流电源、逆变器、控制器和光字牌。它的输入端口连接架空相线，输出端口连接空载电缆，接地端子与接地线连接，如图3所示。

图3 消弧装置结构图

2.2 工作原理

检测装置包括电压幅值采集和利用锁相环获取实时相位，连接待搭接架空线，获取实时电压值和实时相位传送给控制器。直流电源由锂电池串联组成，与逆变器连接，提供直流电压给逆变器。逆变器后端连接待搭接空载电缆，控制器采用电压PI控制，通过逆变器实现SPWM电压跟踪控制，使空载电缆电压幅值和相位均与架空线下引线一致，即可实现等电位搭接电缆终端引线，避免电弧产生。光字牌能够显示架空相线引下线与所述空载电缆出线电压状态。当两者完全一致（UO=Uref）时，光字牌亮，可以搭接；反之，不能搭接。运行示意图如图4所示。

图4 消弧装置运行示意图

2.3 控制策略

考虑电压瞬时值反馈PI控制结构简单，参数易于调整，本文选用该种方法作为消弧装置逆变器的控制策略。控制框图如图5所示。

图5 逆变器控制框图

图5中，H(s)为PI控制环节，H(s)=kp+ki/s，Kpwm=Ud/Um，Udc为直流源电压，Um为PWM调制器锯齿波幅值，L(s)为LC滤波器传递函数。将实际输出电压值与参考电压作比较，其差值经过PI控制后作为逆变器的PWM控制信号，从而实现对空载电缆电压的控制[5]。

3 应用分析

某变电站电缆消缺，拆除终端引线，消缺工作完成后，需带电搭接空载电缆终端引线。该作业采用本文所设计的消弧装置，操作步骤如下：

步骤1：工作准备，选择合适的位置停放绝缘斗臂车，斗内电工正确穿戴安全防护用具进入绝缘斗，系好安全带；

步骤2：斗内电工操作绝缘斗臂车进入工作位置，视情况对导线、电杆、横担等做绝缘措施，由近至远，由低到高；

步骤3：利用兆欧表检查空载电缆无相间短路、接地；

步骤4：操作绝缘斗臂车至内边相合适位置，将消弧装置接地端子连接接地线，输出端子连接空载电缆，输入端子连接架空相线，做好相应的安全遮蔽措施；

步骤5：启动电源开关，待消弧装置给空载电缆充电；当空载电缆电压与架空相线电压完全一致时，光字牌亮，实施搭接；搭接完成后，关闭电源开关，依次拆除输入端子和输出端子；

步骤6：按步骤4和步骤5依次完成中相和外边相的搭接工作；

步骤7：拆除绝缘措施，撤离现场。

4 结 论

本文分析配电线路带电搭接空载电缆终端引线的常规作业方式。采用空气间隙灭弧时灭弧能力差，操作随意性大，安全性低；采用单相消弧开关灭弧时，操作繁琐，且破坏架空相线的绝缘性能。为此，提出利用检测装置、直流电源、逆变器、控制器和光字牌组成跟随式高压交流发生器，对空载电缆进行预充电，使之与所搭接架空相线电压相同且相位同步，从而实现电缆终端引线与空载电缆“等电位”搭接，避免电弧产生。该装置易于操作，便于携带，能够有效保证作业人员的安全。