配电网带电作业现状及发展综述

钱 忠，刘永奇，叶智群，姚 雷，苏 伟

(1. 国网上海市电力公司嘉定供电公司，上海 201800； 2. 上海市南电力(集团)有限公司，上海 200233)

配电网作为直接面向电力用户的电力基础设施，是终端用户的直接电力来源，因此配电网的正常运行是保证高质量供电服务的关键一环。由于配电网架设范围广，架设地点以环境复杂的城镇区域为主，且绝缘水平低于输电网，导致其故障率较高，检修工作量大，因检修导致的停电次数较多。为了保证用户用电可靠性需求，提高用户用电满意度，减少因检修与故障而导致的停电，带电作业技术被提出并应用于实际生产当中。带电作业是一种在保持电网各设备不停电状态下进行检查与维修的作业方式。目前配电网中绝大部分检修工作及事故处理工作都可在带电作业的情况下完成，因此实施带电作业可显著降低用户停电时长与停电次数，提高供电可靠性[1]。

带电作业技术作为提升供电可靠性的重要技术之一，正越来越受到国家以及电网公司的重视。2020年9月，国家发改委与国家能源局联合印发《关于全面提升“获得电力”服务水平持续优化用电营商环境的意见》，指出要提升供电能力和供电可靠性，减少停电时间和停电次数，推广不停电作业技术，这一意见的发布，体现出了国家对于带电作业技术的认可。同时，上海以建成具有世界影响力的社会主义现代化国际大都市为其发展目标，也致力于提升供电服务水平，以世界一流的可靠性电网为城市发展保驾护航。因此，配电网带电作业技术的推广实施对于上海的电网建设也具有重要意义。

配电网带电作业始于20世纪初期，经过近百年的发展，目前已在多数国家取得了广泛的应用。我国的带电作业研究开始于20世纪50年代，在1954年完成了首次带电作业[2]。目前我国在带电作业领域已经实现了带电作业工具的自主研发与批量生产，带电作业在实际工作中占比逐年增大。

1 配电网带电作业的原理及主要方法

按照带电作业的原理，可将带电作业的方法分为三大类，分别为等电位作业方式、中间电位作业方式以及地电位作业方式。其中，等电位法在高压输电线路的带电作业中应用较为广泛。但由于配电网电压等级相对较低，导致各相导线之间以及导线与其他装置构件之间的距离较小。此外，配电网架设环境更为复杂，设施布置更为密集，进一步压缩了带电作业人员的工作空间，上述情况导致在配网中采用等电位作业方式将使发生相间短路或相对地短路的概率大大增加，存在严重的安全隐患，危及作业人员生命安全。因此，当前配电网带电作业主要采用中间电位作业方式。具体方法主要有绝缘杆作业法、绝缘手套作业法以及综合不停电作业法[3]。

1.1 中间电位作业原理

中间电位作业法是指带电作业人员在进行带电作业时，其人体电位既不与带电导线等电位也不与大地等电位，而是处于二者之间的一个中间电位。其示意图如图1所示。

图1 中间电位法作业示意图

作业人员处在与地面绝缘的平台上，通过绝缘工具对带电设备进行带电作业，这种作业方式即为中间电位作业法。该方法的等效电路如图2所示。

图2 中间电位法等效电路

图中作业人员与带电设备之间的绝缘工具电阻记为R1，作业人员与地面之间的绝缘平台电阻记为R2，同时，人与带电设备之间还存在着电容C1，人与地面之间的电容则记为C2。电路中，电阻R1和R2将作业人员与带电体和接地体隔离开，两部分绝缘起到了限制流经人体电流的作用，电路中的两个电容起到了限制电容电流的作用。在绝缘工具与绝缘平台状态良好、作业环境符合规程的情况下，带电作业时流经人体的电流最大仅为微安级别，不会对作业人员造成伤害。

1.2 绝缘杆作业法

作业人员与带电设备保持规定的安全距离，通过绝缘工具对带电设备进行作业的工作方式称为绝缘杆作业法。在绝缘杆作业法中，最主要的特点为绝缘工具作为作业时的主绝缘，绝缘防护用具作为辅助绝缘。这种作业方法既可以在登杆作业中使用，也可以在使用绝缘臂斗车时配合使用。与绝缘手套作业法相比，绝缘杆作业法更适合在设备布置密集，各相导线距离较小，作业人员活动空间受限的情况下使用，可以免去进行大量的绝缘遮蔽工作，提高作业效率。此外，绝缘杆作业法对装备要求较低，更适合在绝缘臂斗车不易到达的偏僻地区进行不停电作业。但绝缘杆作业法对作业人员的技能与体能要求较高，需要作业人员结合现场环境进行判断与调整。

1.3 绝缘手套作业法

绝缘手套作业法其作业方式为作业人员在穿戴全套的绝缘防护设施的情况下，在绝缘梯或绝缘平台上直接对带电设备进行操作的不停电作业方式。与绝缘杆作业法不同，绝缘手套作业法中，主绝缘为作业时人员所在的绝缘梯、绝缘臂斗等绝缘平台，作业人员穿戴的防护设备仍起到辅助绝缘作用。与绝缘杆作业法相比，绝缘手套作业法由于作业人员可以直接接触带电设备，所以操作更为灵活舒适。然而，在空间狭小，设备密集的空间进行作业时，需要在作业前将绝缘板布置到位，以保证作业人员的人身安全，这就带来了作业流程与时长的增加，降低了作业效率。

1.4 综合不停电作业法

虽然上述方法可以实现大部分的配网不停电作业，但在进行导线更换、线杆移动等作业时，仍需要对用户供电进行中断，降低了用户供电可靠率。为了解决这一问题，综合不停电作业法应运而生。这种作业方法也称作旁路作业法，具体作业方式为利用备用电源车、移动箱变等设备构成旁路系统，将作业部分的导线进行跨接，使作业部分与带电部分隔离，实现了作业部分不带电的情况下对用户的持续供电。这种作业方法不但保证了用户供电的可靠性，同时，由于作业部分并不带电，作业人员的安全性也得到了进一步的保障。

2 配电网带电作业技术应用

由于配电网带电作业技术对于提高供电可靠性具有重大作用，因此目前已在全国取得广泛的应用。供电可靠性作为国际通用的、直接反映客户用电感受的重要指标，是体现世界一线城市高质量发展的一项重要因素，又是电力营商环境评价的重要组成部分。供电可靠性对上海这样的超大型城市具有特殊意义，带电作业也因此在上海电网中得到不断推广。

国网上海市供电公司于2017年起开展不停电作业管理与经营模式深化转型。成立带电作业公司，组织集体企业深度参与业务，增配车辆装备，扩充人员力量。2019年，基本完成市南集团带电作业公司的成熟运营。2020年9月8日，上海市区供电公司采用带电作业和负荷转移方式，通过绝缘短杆作业法对10 kV三相导线进行开断，完成了3条10 kV架空绝缘导线和低压线路的收线整理工作，确保了南京东路步行街东拓工程的顺利推进。

近三年上海供电公司所辖10 kV配网开展带电作业概况如表1所示。

可以看出，近三年带电作业次数逐年增加，2020年上海供电公司所辖10 kV配网共开展带电作业11 608次，同比增长24.75%。累计减少停电时户数68.67万时户，多供电量3 134.67万kWh，在保证用户用电体验的同时也创造了良好的经济效益。

表1 上海10 kV配网带电作业情况

近五年上海全域供电可靠率如图3所示，得益于带电作业技术等各类供电可靠率提升措施的不断推广与施行，2020年上海电网全域供电可靠率达99.992 3%，为历史最好水平；市区电网供电可靠率更是达到99.999 1%，首次实现整体可靠性指标“五个9”的突破[4]。未来，上海电网将进一步提高供电可靠性，打造国际领先的供电保障体系。

图3 近五年上海全域供电可靠率

3 配电网带电作业技术标准

我国带电作业技术标准的制定始于1980年，在1984年成立了全国带电作业标准化技术委员会[5]。目前在带电作业领域现行标准由20项国家标准以及36项行业标准所构成，主要可分为三类，分别为基础类、规程导则类以及工具设备类。

3.1 基础类标准

基础类标准目前包含9项具体标准，涵盖术语解释、通用技术要求、基础试验规程、计算方法、设计原则等方面。这类标准是进行带电作业相关标准制定及研究的重要参考依据。

3.2 规程导则类标准

规程导则类标准由11项具体标准所构成，主要内容包括技术规程与技术导则。其中，对于配网带电作业最为重要的标准为GB/T 18857—2019《配电线路带电作业技术导则》。这一导则依据配电线路带电作业的特点以及安全防护要求进行编写，主要对10 kV～35 kV电压等级配电线路带电作业的一般要求、工作制度、作业方式、技术要求、工器具的试验及运输、作业注意事项和典型作业项目进行了规定。

3.3 工具设备类标准

工具设备类标准对带电作业中涉及到的多种设备与装置制定了详细的技术规范，主要包括绝缘材料、作业工具、防护用具等几个方面共36项标准。

4 配网带电作业技术发展趋势

虽然各类防护装备以及完善的作业规程已经可以保证带电作业人员在进行作业时的人身安全，但带电作业由于其特殊的作业性质，使其仍然存在着一定的风险性。因此，如何进一步降低带电作业人员的作业风险，提高作业效率是带电作业技术主要的发展方向。

4.1 带电作业机器人

机器人技术已广泛应用于多种高危行业，在降低从业人员的作业风险中发挥了重要的作用。因此，使用带电作业机器人来代替人进行带电作业成为了提高带电作业安全性的新选择。带电作业机器人是指通过机械臂使用各类工具对带电线路或设备进行不停电检修、测试的机械设备。

目前，我国在全自主型机器人研究领域已走在世界前列。2019年8月，由我国研发的全球首台全自主配网带电作业机器人在天津完成了首次带电作业任务。随后宁波、厦门、扬州等多地均先后装备了全自主型机器人并顺利完成相关带电作业任务。

未来，带电作业机器人仍会是带电作业领域重要的研究方向，其发展主要围绕两个方面进行：

一是提高机器人的安全性，在作业过程中不仅要保证作业人员的安全性，同时要进一步提高机器人的安全性以及带电线路的安全性，防止机器人在作业时对线路造成损坏，带来更严重的损失。

二是提高机器人的适应性，要加强机器人在进行不同作业类型以及不同环境下的适应能力，以应对配网中故障类型多，作业环境复杂的特点。

4.2 带电作业智能培训系统

目前对于带电作业培训常见的培训方式有理论教学、现场观摩、电脑仿真等方式，虽然可以基本满足培训需求，但仍然存在着安全隐患多，模拟操作效果差、不直观等问题[6]。随着虚拟现实(VR)技术的发展，将VR技术用于带电作业培训以增强模拟操作真实感、提升培训效果成为了带电作业培训领域新的发展方向。通过VR头盔与手柄的配合，可以在完全安全的环境下为学员模拟各种带电作业环境与作业类型，有效地提升学员的操作技能。

由于带电作业有着较强的专业性，且VR技术的相关应用尚处于起步阶段，因此目前并无完全适用于配网作业培训的相关VR设备。要使VR技术在带电作业培训中实现广泛应用，应重点解决场景模型的搭建、交互模式的设计、硬件设施的配套以及培训体系的构建等问题。

5 结语

带电作业是实施不停电作业，提高供电可靠率的重要措施，带电作业的实施既可以保证用户良好的用电体验，也可以创造可观的经济效益，是配电网检修的重要手段，也是符合电网发展方向的重要技术。未来应当积极开展相关理论与实践研究，进一步推广更为复杂的三、四类带电作业项目。在带电作业机器人领域以及带电作业培训领域也应继续加大研究力度，进一步完善我国带电作业技术体系，以高度的责任感和使命感，服务用户，助力城市建设，向世界展现发展成果。