錢 忠,劉永奇,葉智群,姚 雷,蘇 偉
(1. 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司嘉定供電公司,上海 201800; 2. 上海市南電力(集團(tuán))有限公司,上海 200233)
配電網(wǎng)作為直接面向電力用戶的電力基礎(chǔ)設(shè)施,是終端用戶的直接電力來源,因此配電網(wǎng)的正常運(yùn)行是保證高質(zhì)量供電服務(wù)的關(guān)鍵一環(huán)。由于配電網(wǎng)架設(shè)范圍廣,架設(shè)地點(diǎn)以環(huán)境復(fù)雜的城鎮(zhèn)區(qū)域?yàn)橹?,且絕緣水平低于輸電網(wǎng),導(dǎo)致其故障率較高,檢修工作量大,因檢修導(dǎo)致的停電次數(shù)較多。為了保證用戶用電可靠性需求,提高用戶用電滿意度,減少因檢修與故障而導(dǎo)致的停電,帶電作業(yè)技術(shù)被提出并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。帶電作業(yè)是一種在保持電網(wǎng)各設(shè)備不停電狀態(tài)下進(jìn)行檢查與維修的作業(yè)方式。目前配電網(wǎng)中絕大部分檢修工作及事故處理工作都可在帶電作業(yè)的情況下完成,因此實(shí)施帶電作業(yè)可顯著降低用戶停電時(shí)長(zhǎng)與停電次數(shù),提高供電可靠性[1]。
帶電作業(yè)技術(shù)作為提升供電可靠性的重要技術(shù)之一,正越來越受到國(guó)家以及電網(wǎng)公司的重視。2020年9月,國(guó)家發(fā)改委與國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于全面提升“獲得電力”服務(wù)水平持續(xù)優(yōu)化用電營(yíng)商環(huán)境的意見》,指出要提升供電能力和供電可靠性,減少停電時(shí)間和停電次數(shù),推廣不停電作業(yè)技術(shù),這一意見的發(fā)布,體現(xiàn)出了國(guó)家對(duì)于帶電作業(yè)技術(shù)的認(rèn)可。同時(shí),上海以建成具有世界影響力的社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)際大都市為其發(fā)展目標(biāo),也致力于提升供電服務(wù)水平,以世界一流的可靠性電網(wǎng)為城市發(fā)展保駕護(hù)航。因此,配電網(wǎng)帶電作業(yè)技術(shù)的推廣實(shí)施對(duì)于上海的電網(wǎng)建設(shè)也具有重要意義。
配電網(wǎng)帶電作業(yè)始于20世紀(jì)初期,經(jīng)過近百年的發(fā)展,目前已在多數(shù)國(guó)家取得了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的帶電作業(yè)研究開始于20世紀(jì)50年代,在1954年完成了首次帶電作業(yè)[2]。目前我國(guó)在帶電作業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了帶電作業(yè)工具的自主研發(fā)與批量生產(chǎn),帶電作業(yè)在實(shí)際工作中占比逐年增大。
按照帶電作業(yè)的原理,可將帶電作業(yè)的方法分為三大類,分別為等電位作業(yè)方式、中間電位作業(yè)方式以及地電位作業(yè)方式。其中,等電位法在高壓輸電線路的帶電作業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。但由于配電網(wǎng)電壓等級(jí)相對(duì)較低,導(dǎo)致各相導(dǎo)線之間以及導(dǎo)線與其他裝置構(gòu)件之間的距離較小。此外,配電網(wǎng)架設(shè)環(huán)境更為復(fù)雜,設(shè)施布置更為密集,進(jìn)一步壓縮了帶電作業(yè)人員的工作空間,上述情況導(dǎo)致在配網(wǎng)中采用等電位作業(yè)方式將使發(fā)生相間短路或相對(duì)地短路的概率大大增加,存在嚴(yán)重的安全隱患,危及作業(yè)人員生命安全。因此,當(dāng)前配電網(wǎng)帶電作業(yè)主要采用中間電位作業(yè)方式。具體方法主要有絕緣桿作業(yè)法、絕緣手套作業(yè)法以及綜合不停電作業(yè)法[3]。
中間電位作業(yè)法是指帶電作業(yè)人員在進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí),其人體電位既不與帶電導(dǎo)線等電位也不與大地等電位,而是處于二者之間的一個(gè)中間電位。其示意圖如圖1所示。
圖1 中間電位法作業(yè)示意圖
作業(yè)人員處在與地面絕緣的平臺(tái)上,通過絕緣工具對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行帶電作業(yè),這種作業(yè)方式即為中間電位作業(yè)法。該方法的等效電路如圖2所示。
圖2 中間電位法等效電路
圖中作業(yè)人員與帶電設(shè)備之間的絕緣工具電阻記為R1,作業(yè)人員與地面之間的絕緣平臺(tái)電阻記為R2,同時(shí),人與帶電設(shè)備之間還存在著電容C1,人與地面之間的電容則記為C2。電路中,電阻R1和R2將作業(yè)人員與帶電體和接地體隔離開,兩部分絕緣起到了限制流經(jīng)人體電流的作用,電路中的兩個(gè)電容起到了限制電容電流的作用。在絕緣工具與絕緣平臺(tái)狀態(tài)良好、作業(yè)環(huán)境符合規(guī)程的情況下,帶電作業(yè)時(shí)流經(jīng)人體的電流最大僅為微安級(jí)別,不會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成傷害。
作業(yè)人員與帶電設(shè)備保持規(guī)定的安全距離,通過絕緣工具對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行作業(yè)的工作方式稱為絕緣桿作業(yè)法。在絕緣桿作業(yè)法中,最主要的特點(diǎn)為絕緣工具作為作業(yè)時(shí)的主絕緣,絕緣防護(hù)用具作為輔助絕緣。這種作業(yè)方法既可以在登桿作業(yè)中使用,也可以在使用絕緣臂斗車時(shí)配合使用。與絕緣手套作業(yè)法相比,絕緣桿作業(yè)法更適合在設(shè)備布置密集,各相導(dǎo)線距離較小,作業(yè)人員活動(dòng)空間受限的情況下使用,可以免去進(jìn)行大量的絕緣遮蔽工作,提高作業(yè)效率。此外,絕緣桿作業(yè)法對(duì)裝備要求較低,更適合在絕緣臂斗車不易到達(dá)的偏僻地區(qū)進(jìn)行不停電作業(yè)。但絕緣桿作業(yè)法對(duì)作業(yè)人員的技能與體能要求較高,需要作業(yè)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行判斷與調(diào)整。
絕緣手套作業(yè)法其作業(yè)方式為作業(yè)人員在穿戴全套的絕緣防護(hù)設(shè)施的情況下,在絕緣梯或絕緣平臺(tái)上直接對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行操作的不停電作業(yè)方式。與絕緣桿作業(yè)法不同,絕緣手套作業(yè)法中,主絕緣為作業(yè)時(shí)人員所在的絕緣梯、絕緣臂斗等絕緣平臺(tái),作業(yè)人員穿戴的防護(hù)設(shè)備仍起到輔助絕緣作用。與絕緣桿作業(yè)法相比,絕緣手套作業(yè)法由于作業(yè)人員可以直接接觸帶電設(shè)備,所以操作更為靈活舒適。然而,在空間狹小,設(shè)備密集的空間進(jìn)行作業(yè)時(shí),需要在作業(yè)前將絕緣板布置到位,以保證作業(yè)人員的人身安全,這就帶來了作業(yè)流程與時(shí)長(zhǎng)的增加,降低了作業(yè)效率。
雖然上述方法可以實(shí)現(xiàn)大部分的配網(wǎng)不停電作業(yè),但在進(jìn)行導(dǎo)線更換、線桿移動(dòng)等作業(yè)時(shí),仍需要對(duì)用戶供電進(jìn)行中斷,降低了用戶供電可靠率。為了解決這一問題,綜合不停電作業(yè)法應(yīng)運(yùn)而生。這種作業(yè)方法也稱作旁路作業(yè)法,具體作業(yè)方式為利用備用電源車、移動(dòng)箱變等設(shè)備構(gòu)成旁路系統(tǒng),將作業(yè)部分的導(dǎo)線進(jìn)行跨接,使作業(yè)部分與帶電部分隔離,實(shí)現(xiàn)了作業(yè)部分不帶電的情況下對(duì)用戶的持續(xù)供電。這種作業(yè)方法不但保證了用戶供電的可靠性,同時(shí),由于作業(yè)部分并不帶電,作業(yè)人員的安全性也得到了進(jìn)一步的保障。
由于配電網(wǎng)帶電作業(yè)技術(shù)對(duì)于提高供電可靠性具有重大作用,因此目前已在全國(guó)取得廣泛的應(yīng)用。供電可靠性作為國(guó)際通用的、直接反映客戶用電感受的重要指標(biāo),是體現(xiàn)世界一線城市高質(zhì)量發(fā)展的一項(xiàng)重要因素,又是電力營(yíng)商環(huán)境評(píng)價(jià)的重要組成部分。供電可靠性對(duì)上海這樣的超大型城市具有特殊意義,帶電作業(yè)也因此在上海電網(wǎng)中得到不斷推廣。
國(guó)網(wǎng)上海市供電公司于2017年起開展不停電作業(yè)管理與經(jīng)營(yíng)模式深化轉(zhuǎn)型。成立帶電作業(yè)公司,組織集體企業(yè)深度參與業(yè)務(wù),增配車輛裝備,擴(kuò)充人員力量。2019年,基本完成市南集團(tuán)帶電作業(yè)公司的成熟運(yùn)營(yíng)。2020年9月8日,上海市區(qū)供電公司采用帶電作業(yè)和負(fù)荷轉(zhuǎn)移方式,通過絕緣短桿作業(yè)法對(duì)10 kV三相導(dǎo)線進(jìn)行開斷,完成了3條10 kV架空絕緣導(dǎo)線和低壓線路的收線整理工作,確保了南京東路步行街東拓工程的順利推進(jìn)。
近三年上海供電公司所轄10 kV配網(wǎng)開展帶電作業(yè)概況如表1所示。
可以看出,近三年帶電作業(yè)次數(shù)逐年增加,2020年上海供電公司所轄10 kV配網(wǎng)共開展帶電作業(yè)11 608次,同比增長(zhǎng)24.75%。累計(jì)減少停電時(shí)戶數(shù)68.67萬時(shí)戶,多供電量3 134.67萬kWh,在保證用戶用電體驗(yàn)的同時(shí)也創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
表1 上海10 kV配網(wǎng)帶電作業(yè)情況
近五年上海全域供電可靠率如圖3所示,得益于帶電作業(yè)技術(shù)等各類供電可靠率提升措施的不斷推廣與施行,2020年上海電網(wǎng)全域供電可靠率達(dá)99.992 3%,為歷史最好水平;市區(qū)電網(wǎng)供電可靠率更是達(dá)到99.999 1%,首次實(shí)現(xiàn)整體可靠性指標(biāo)“五個(gè)9”的突破[4]。未來,上海電網(wǎng)將進(jìn)一步提高供電可靠性,打造國(guó)際領(lǐng)先的供電保障體系。
圖3 近五年上海全域供電可靠率
我國(guó)帶電作業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定始于1980年,在1984年成立了全國(guó)帶電作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)[5]。目前在帶電作業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)由20項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及36項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成,主要可分為三類,分別為基礎(chǔ)類、規(guī)程導(dǎo)則類以及工具設(shè)備類。
基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)目前包含9項(xiàng)具體標(biāo)準(zhǔn),涵蓋術(shù)語解釋、通用技術(shù)要求、基礎(chǔ)試驗(yàn)規(guī)程、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)原則等方面。這類標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行帶電作業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定及研究的重要參考依據(jù)。
規(guī)程導(dǎo)則類標(biāo)準(zhǔn)由11項(xiàng)具體標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成,主要內(nèi)容包括技術(shù)規(guī)程與技術(shù)導(dǎo)則。其中,對(duì)于配網(wǎng)帶電作業(yè)最為重要的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 18857—2019《配電線路帶電作業(yè)技術(shù)導(dǎo)則》。這一導(dǎo)則依據(jù)配電線路帶電作業(yè)的特點(diǎn)以及安全防護(hù)要求進(jìn)行編寫,主要對(duì)10 kV~35 kV電壓等級(jí)配電線路帶電作業(yè)的一般要求、工作制度、作業(yè)方式、技術(shù)要求、工器具的試驗(yàn)及運(yùn)輸、作業(yè)注意事項(xiàng)和典型作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行了規(guī)定。
工具設(shè)備類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)帶電作業(yè)中涉及到的多種設(shè)備與裝置制定了詳細(xì)的技術(shù)規(guī)范,主要包括絕緣材料、作業(yè)工具、防護(hù)用具等幾個(gè)方面共36項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
雖然各類防護(hù)裝備以及完善的作業(yè)規(guī)程已經(jīng)可以保證帶電作業(yè)人員在進(jìn)行作業(yè)時(shí)的人身安全,但帶電作業(yè)由于其特殊的作業(yè)性質(zhì),使其仍然存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)性。因此,如何進(jìn)一步降低帶電作業(yè)人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高作業(yè)效率是帶電作業(yè)技術(shù)主要的發(fā)展方向。
機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種高危行業(yè),在降低從業(yè)人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)中發(fā)揮了重要的作用。因此,使用帶電作業(yè)機(jī)器人來代替人進(jìn)行帶電作業(yè)成為了提高帶電作業(yè)安全性的新選擇。帶電作業(yè)機(jī)器人是指通過機(jī)械臂使用各類工具對(duì)帶電線路或設(shè)備進(jìn)行不停電檢修、測(cè)試的機(jī)械設(shè)備。
目前,我國(guó)在全自主型機(jī)器人研究領(lǐng)域已走在世界前列。2019年8月,由我國(guó)研發(fā)的全球首臺(tái)全自主配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人在天津完成了首次帶電作業(yè)任務(wù)。隨后寧波、廈門、揚(yáng)州等多地均先后裝備了全自主型機(jī)器人并順利完成相關(guān)帶電作業(yè)任務(wù)。
未來,帶電作業(yè)機(jī)器人仍會(huì)是帶電作業(yè)領(lǐng)域重要的研究方向,其發(fā)展主要圍繞兩個(gè)方面進(jìn)行:
一是提高機(jī)器人的安全性,在作業(yè)過程中不僅要保證作業(yè)人員的安全性,同時(shí)要進(jìn)一步提高機(jī)器人的安全性以及帶電線路的安全性,防止機(jī)器人在作業(yè)時(shí)對(duì)線路造成損壞,帶來更嚴(yán)重的損失。
二是提高機(jī)器人的適應(yīng)性,要加強(qiáng)機(jī)器人在進(jìn)行不同作業(yè)類型以及不同環(huán)境下的適應(yīng)能力,以應(yīng)對(duì)配網(wǎng)中故障類型多,作業(yè)環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)。
目前對(duì)于帶電作業(yè)培訓(xùn)常見的培訓(xùn)方式有理論教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)觀摩、電腦仿真等方式,雖然可以基本滿足培訓(xùn)需求,但仍然存在著安全隱患多,模擬操作效果差、不直觀等問題[6]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的發(fā)展,將VR技術(shù)用于帶電作業(yè)培訓(xùn)以增強(qiáng)模擬操作真實(shí)感、提升培訓(xùn)效果成為了帶電作業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域新的發(fā)展方向。通過VR頭盔與手柄的配合,可以在完全安全的環(huán)境下為學(xué)員模擬各種帶電作業(yè)環(huán)境與作業(yè)類型,有效地提升學(xué)員的操作技能。
由于帶電作業(yè)有著較強(qiáng)的專業(yè)性,且VR技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用尚處于起步階段,因此目前并無完全適用于配網(wǎng)作業(yè)培訓(xùn)的相關(guān)VR設(shè)備。要使VR技術(shù)在帶電作業(yè)培訓(xùn)中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用,應(yīng)重點(diǎn)解決場(chǎng)景模型的搭建、交互模式的設(shè)計(jì)、硬件設(shè)施的配套以及培訓(xùn)體系的構(gòu)建等問題。
帶電作業(yè)是實(shí)施不停電作業(yè),提高供電可靠率的重要措施,帶電作業(yè)的實(shí)施既可以保證用戶良好的用電體驗(yàn),也可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益,是配電網(wǎng)檢修的重要手段,也是符合電網(wǎng)發(fā)展方向的重要技術(shù)。未來應(yīng)當(dāng)積極開展相關(guān)理論與實(shí)踐研究,進(jìn)一步推廣更為復(fù)雜的三、四類帶電作業(yè)項(xiàng)目。在帶電作業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域以及帶電作業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域也應(yīng)繼續(xù)加大研究力度,進(jìn)一步完善我國(guó)帶電作業(yè)技術(shù)體系,以高度的責(zé)任感和使命感,服務(wù)用戶,助力城市建設(shè),向世界展現(xiàn)發(fā)展成果。