感应电压的理论分析与注意事项

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  摘  要:本文工作实际情况出发,以35kV某高压线对已停电线路6kV首站线产生静电感应电压为论文展开的起始点,从理论上初步分析了静电感应电压和电磁感应电压两者产生的区别与数值的计算大小。通过理论分析,结合工作实际情况,论证了静电感应电压产生的理论分析的正确性。再从几个类似具体实例分析带电线路对已停电线路产生静电感应电压,指出从事线路电气作业,必须对静电感应电压引起足够的重视,高度重视静电感应电压对线路电气作业人员人身安全的危害性。对于线路电气作业时,对发生静电感应电压时必须采取一些相应措施。
  关键词:感应电压;电磁感应;静电感应;残余电荷;残余电压
  6kV首站线是一条架空线路,35kV某高压线C相导线与6kV首站线A相导线相距15米,两条线路平行排列1.5公里,周围30米开外没有导线。将6kV首站线由运行转线路检修前,要对6kV首站线5369开关与线路出线之间用6kV高压验电器进行验电,经过运行操作人员验电指示无电,运行值班员随即在6kV首站线5369开关与线路出线之间用接地线对线路逐相放电,放电时发现线路有残余电压,当初以为是电缆或电容“残余电荷”引起的残余电压,就采取长时间对导线放电的策略,放了足足有2分钟,但是发现“残余电荷”长时间不能放完,我们分析认为可能不是残余电荷引起的,用万用表测量电压,发现A相电压146V,B相电压86V,C相电压46V,随即,我们就停下来,没有在出线刀闸与线路出线之间装设接地线,进一步查找原因。
  1 理论分析
  感应电压分为电磁感应电压和静电感应电压两种,当导线流过交流电流时,在其周围产生一个交变磁场,如停电线路与其交链,则会在停电线路上感应出一个纵电势,沿导线方向分布,且根据停电导线对地绝缘程度的不同而对应于不同的对地电位。这种由于停电导线与带电导线之间的互感效应而产生的磁耦合的结果称为磁感应或电磁感应,其大小决定于电流产生的磁场强弱。所以当带电导线流过故障电流時,对其交链的停电导线表现出的磁感应较为突出。由于停电导线与带电导线之间存在的电容耦合效应,依靠带电导线电压产生的电场,使得停电导线感应出一定的对地电位,称为静电感应,当带电导线正常运行时,主要表现为静电感应。
  2、实际情况分析
  当日的主要情况:①天气湿度大,由于前一天刚下过雨,空气的绝缘性能大大降低;②风力比较大,有4-5级风,两条线路导线之间的距离减小;③两条导线之间建立有电场,由于35kV某高压线带电,6kV首站线与之形成电容耦合效应,依靠带电导线某高压线电压产生的电场,使停电导线6kV首站线感应出一定的对地电位;④导线35kV某高压线与6kV首站线并排运行的距离过长,从而使得35kV某高压线与6kV首站线的感应电压增大,达到以上的测量数据。针对这一情况,我们马上采取了措施,将35kV某高压线由运行转热备用,紧接着我们再一次测量6kV首站线5369开关与线路出线之间的感应电压,测量数据是三相电压均为0,随即我们在6kV首站线5369开关与线路出线之间装设了一组接地线,安全措施布置完毕后,由电力调度通知线路可以开始做安全措施实施电力作业。
  3、理论与实际情况结合说明
  从本文中所阐述的35kV某高压线对已经停电的6kV首站线产生感应电压进行分析。已经通过前面大量的理论分析和数据计算,静电感应电压U大致为153伏,电磁感应电压U2大致为20.5伏。实际中我们测量到6kV首站线静电感应电压为A相146伏、B相86伏、C相46伏。之所以三相电压值不一样,原因是6kV首站线三相导线与35kV某高压线带电导体的感应距离不同,则感应电压不同。从以上数据可以看出,测量电压值与理论计算电压基本相符,证明了理论计算分析是正确合理的。
  4、分析35kV某高压线与6kV首站线产生感应电压的其他情况
  4.1 35kV某高压线带负荷运行,6kV首站线停电
  此时,35kV某高压线导线通过有交流电流,在其周围产生一个交变磁场,已经停电的6kV首站线与其产生交链,在6kV首站线上会感应出一个纵电势,沿导线方向分布,这种由停电6kV首站线与35kV某高压线导线之间的互感效应而产生的磁耦合,称之为电磁感应。在产生有电磁感应电压的同时,由于6kV首站线与35kV某高压线电容耦合效应依然存在,此时的感应电压应该是两个电压的叠加。假设35kV某高压线带负荷50A,通过相关的计算公式,可以计算出产生电磁感应电压为19.85伏,产生的静电感应电压同样为153伏。
  4.2 35kV某高压线发生三相短路故障,6kV首站线停电
  此时,与4.1的差别就是35kV某高压线中流经了大量的短路电流,引起极高的磁通变化,从而在6kV首站线中产生的电磁感应电压应该比较大。首先通过的三相短路电流I假设为4500A,通过经验计算出来,产生的电磁感应电压大致为5967伏。6kV首站线与35kV某高压线产生的静电感应电压仍然是153V,此时产生的电磁感应电压远远大于静电感应电压。但是此时产生的电磁感应电压是瞬时达到高电压,35kV某高压线由于三相短路故障跳闸后,6kV首站线中的电磁感应电压和静电感应电压均为0。
  5、对于感应电压的注意事项
  5.1 感应电压存在的范围非常广泛
  运行线路对停电线路的感应电压,可分为很多种情况,有空载运行、带负荷正常运行,瞬间短路故障运行状况,在不同情况下,运行线路对已停电线路的感应电压不尽相同,有低压和瞬时高压,但是这些电压对线路工作人员来说都是非安全电压,对线路上杆工作人员人身安全是个极大的威胁。在遇到线路感应电压问题时必须认真对待,并采取正确完备的应对措施。
  5.2 要正确认识验电器验电工作性能
  《国家电网公司电力安全工作规程》(变电站和发电厂电气部分)保证安全的技术措施是:停电;验电;接地;悬挂标示牌和装设遮拦(围栏)。其中停电是基础步骤,验电是一项核心关键工作,是接地工作进行的极为关键步骤。如何正确认识验电器的工作性能呢。对于高压验电器:它主要用来检验设备对地电压在250V以上的高压电气设备。它们一般都是由检测部分(指示器部分或风车)、绝缘部分、握手部分三大部分组成。绝缘部分系指自指示器下部金属衔接螺丝起至罩护环止的部分,握手部分系指罩护环以下的部分。其中绝缘部分、握手部分根据电压等级的不同其长度也不相同。在使用高压验电器进行验电时,首先必须认真执行操作监护制,一人操作,一人监护。操作者在前,监护人在后。使用验电器时,必须注意其额定电压要和被测电气设备的电压等级相适应,否则可能会危及操作人员的人身安全或造成错误判断。验电时,操作人员一定要戴绝缘手套,穿绝缘靴,防止跨步电压或接触电压对人体的伤害。操作者应手握罩护环以下的握手部分,先在有电设备上进行检验。检验时,应渐渐地移近带电设备至发光或发声止,以验证验电器的完好性。然后再在需要进行验电的设备上检测。同杆架设的多层线路验电时,应先验低压,后验高压,先验下层,后验上层。   虽然正常使用的高压验电器能验电大部分工作电压,但是高压验电器有没有工作盲区呢?经过查阅电容型验电器的启动电压试验标准,启动电压不高于额定电压的40%,不低于额定电压的15%,也就是线路电压超过启动低压时,高压验电器才能够正常验出有电。对于6kV线路来说,高压验电器的启动电压最低为900伏,在线路电压低于900伏时,高压验电器都显示没有电压,这很显然会漏掉一些线路的非正常状态下的电压,比如感应电压或静电电压和残余电压。
  5.3 正确对停电设备放电和接地
  从5.2已经论述了高压验电器存在工作盲区,它验明线路无电压就是没有超过其启动电压的工作电压,但是线路有没有低于其启动电压的感应电压、静电电压或残余电荷电压呢,还不能确定。验电线路“无电”后,下一步一个很重要的工作是对已停电设备放电。要先装设接地端,并保证接地良好,然后在设备上安装接地线前,应事先对设备进行充分放电,如果此时发现有放电火花或残余电荷长时间不能放完,这是可能是线路的感应电压,电压可能还不低,可能大于人体的安全工作电压,一定要停止装设接地线,待查明原因并采取措施消除线路感应电压后,再继续下面的后续操作。接地线截面应符合短路电流的要求,不得小于25平方毫米的多股裸铜软导线,禁止用缠绕方式进行接地或短路。对已停电设备放电或接地时,操作人员必须戴上绝缘手套。
  5.4正确对待线路感应电压和残余电荷电压
  根据《电力安全工作规程》,在设备装设接地线之前,必须对已经停电的设备验电,在验明确无电压后,才能安装接地线。由于高压带电线路对已停电线路感应电压或残余电荷引起的电压往往较小,小于高压验电器的启动电压,致使高压驗电器不能显示有电压。变电站值班操作人员验明线路确“无电压”时,要对设备进行正确的放电,5.3已经做了说明,如果电压能短时间内通过接地放掉,则此电压就是残余电荷引起的电压,随即,就可以完成后续接地工作。如果长时间放电也不能将电压通过接地放掉,则可能带电高压线路对已经停电的该线路产生感应电压,此时,要采取进一步措施排查原因,待原因消除后再完成后续工作内容。
  5.5 正确对待线路交叉跨越产生的感应电压
  变电站操作人员完成了线路停电的安全措施后,线路工作人员就可以在工作地段上杆做安全措施,首先还是验电、装设接地线。对于线路工作地段两端必须安装接地线,在有交叉跨越线路感应电压时,要在此地段装设流动接地线,这样才能保证线路工作人员安全施工。
  6 结束语:
  本文从实际工作出发,运行线路35kV某高压线对已停电的6kV首站线产生静电感应电压,我们对这次线路静电感应电压高度重视,查出原因后果断采取将35kV某高压线由运行转热备用,消除了对6kV首站线的静电感应电压,消除了感应电压对线路工作人员的安全威胁。本文通过理论分析计算和实际测量实例相结合的方式,肤浅地对线路感应电压产生的几种特殊方式进行分析说明。对正确对待线路感应电压的注意事项进行粗略的分析说明。由于线路静电感应电压存在非常普遍,如果不正确对待并采取有效措施,对人身的安全威胁是非常大的,在以后的工作中,我们要认真对待线路感应电压,采取细致有效的处理措施,处理好线路感应电压所造成的不安全因素。
  参考文献
  [1]  《电工技术》2009年第4期
  [2]  《电力》 石油工业出版社 1994年第五版 主编:王泰富
  [3]  《变电运行工实用教材》  石油大学出版社出版
  [4]  《国家电网公司电力安全工作规程》
  [5]  《山西电力技术》 输电线路感应电压分析与计算 2000年第6期 作者:尤爱秀
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