何光华，齐金龙，卞 栋，王兴宇，葛伟康

（1.国网无锡供电公司，江苏无锡 214000；2.三峡大学 电气与新能源学院，湖北宜昌 443002）

引言

电缆线路是智能电网重要组成部分，随着我国城市化建设进程的推进，必将加快工程应用。电缆线路以其占地面积少、对环境影响小、供电可靠性高、故障率低、易于维护等优点，成为城市电网的重要组成部分，直接关系城市电网安全、质量和效益[1]。随着电缆线路的逐渐增多和运行时间逐渐增长，在运行维护工作中会遇到很多问题需要停电检修：停电检修降低了供电可靠性；缺乏成熟作业规范使运维检修工作效率不高；缺乏配套施工装备无法顺利展开相关检修维护工作。故须开展电缆终端带电作业的研究。

目前，在输电线路开展的研究有很多，刘会家等[2]对高压、特高压输电线路带电作业方式及防护措施进行了研究；黄俊波等[3]对输电线路检测方面做出了研究。而对电缆终端带电作业所做的研究较少，因此研究220 kV电缆终端带电作业对体表电场的影响对作业方式和安全防护规范的制定有意义。

1 电场仿真

1.1 材料模型与参数确定

人体模型参照人机工程学中中国男性的平均测量尺寸（见图1），身高168 cm，头部为椭球形，头围560 mm，身体厚度为212 mm，长533 mm，腿长834 mm，手臂长550 mm，建模尽量用球形和圆柱，所有尖角处用圆角处理。

图1 建模

用一扇形区域模拟周围的无限空气开区域，包住整个模型，大小为模型的4～5倍，半径取为120 m，边界施加0电位模拟无限空气域。

1.2 工况设置

电缆终端塔塔高40.4 m，电缆终端平台高6 m。电缆终端依据220 kV XLPE绝缘电缆户外终端装配图建模，选择电缆线芯截面积为800 mm2。电缆终端相间的间隙紧凑，因而作业人员的作业方式、进入作业位置的路径以及站位的选择对确保作业人员的电场和绝缘间隙的安全具有重要意义。

对于6 m高的电缆终端，等电位作业时需要借助绝缘梯、绝缘斗臂车或可升降的绝缘平台。进入等电位作业位置后，为了减小对作业间隙的短接，作业人员的脚部与高压引线齐平并采用下蹲姿势，以电缆终端的中心线为水平的零点，获得距离电缆终端0.1 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m、0.5 m共5个水平距离下的人体体表电场。

高压电缆终端正常运行时铝护套周围电场较高，热缩管处时常发生事故，高压引线端也是需要关注的位置，因此电缆终端的带电作业站位选择在高压引线（即导电端子处）、应力锥以及电缆铝护套处，作业时以手末端为准，即人体模型的手距离电缆终端2.3 m的三个位置。并且为了解短接间隙过程中应力锥及体表电场的变化，考虑作业安全距离以及人体活动范围0.5 m，设置了人体模型距离应力锥0.5 m、1.0 m、1.5 m、1.8 m以及2.3 m作业时的工况。中间电位作业时站位同地电位作业。

1.3 载荷设置

对于220 kV三相电缆终端，考虑施加相电压幅值，工作相施加220 kV相电压幅值，非工作相取0.5 Um，分别建立三相电缆终端与人体模型，并在装配体中组合。对比分析人体在电缆终端的不同位置进行带电消缺时的电场分布，以及人体所承受的场强。

用一扇形区域模拟周围的无限空气开区域，包住整个模型。计算的初始化条件是在电缆线芯施加额定相电压，在应力锥施加0 kV电压，塔施加0电位，等电位作业人体与导线等电位，地电位作业时人体为0电位，中间电位作业人体采用自耦合处理（见图2）。

图2 地电位作业带电消缺

2 结果分析

2.1 地电位作业

地电位作业时体表电场分布如图3及表1所示。由表1可知，手指作为人体较为突出的部位，并且站姿下手距离带电体最近，地电位作业时体表电场最大值均位于手端部，竖直方向向上移动时体表电场上升，在高压引线处作业时体表电场最大值达到了475.92 kV/m，并且在2.3 m安全距离作业时，手指电场超过了人体能承受的最大电场（240 kV/m），因此作业时手部必须做好安全防护。

图3 地电位作业体表电场分布情况

表1 地电位作业不同站位人体的不同部位电场比较

220 kV地电位作业时体表电场超出人体能承受的最大电场，因此作业时穿戴屏蔽服，做好安全防护。

2.2 等电位作业

等电位作业时体表电场分布如图4及表2所示。由表4可知，等电位作业时体表电场均超过人体能承受的最大电场，最大值位于手部，作业时需要做好安全防护。等电位作业时体表电位与高压引线一致，都为179 kV/m，作业人员靠近高压引线作业时，相当于增加了导线的等效半径，因此在0.2 m处时，距离较远等效作用消失，体表电场小幅上升。

表2 等电位作业不同站位人体不同部位电场值对比

图4 人体各部位电场

2.3 中间电位作业

中间电位作业时体表电场分布如图5及表3所示。由表3可知：竖直方向位移时，与地电位作业情况一样，向上时体表电场上升，高压引线处体表电场值最大，手部为98.05 kV/m；水平方向时，在距离电缆终端线芯1.0 m及以内时体表电场超过人体能承受的最大电场，1.5 m时体表电场值在安全范围内，虽然没有超过电场的感知水平，但仍然超过了相关标准给出的极低频电磁场的暴露水平限值，如ICNIRP给出的极低频电场的居民和职业的暴露水平分别为5 kV/m和10 kV/m。而ICNIRP要求的职业暴露的时间为不大于8 h。

表3 中间电位作业不同站位人体不同部位电场值对比

图5 中间电位作业体表电场分布情况

在作业间隙满足相关规范要求的基础上，作业人员的电场特点及防护则尤为重要。等电位作业方式下人体体表电场最大，其次为地电位，最小为中间电位。一般认为，人体在均匀电场中，电场梯度在25 kV/m时，没有不正常反应，人体皮肤对表面局部场强的“电场感知水平”为240 kV/m，即为人体能承受的最大电场强度。在中间电位和地电位作业时可以通过增加与带电体的距离来减小体表的电场强度，还可以增大作业的安全距离，提高作业的安全性。

3 结论

仿真研究了220 kV电缆终端带电作业电场，分析了不同作业方式对作业人员体表电场变化的影响，得出以下主要结论：

（1）以仿真工况为准，等电位作业体表电场最大，地电位作业次之，中间电位作业体表电场最小；

（2）等电位作业体表电场超出人体能承受的最大电场，作业时需做好安全防护；

（3）地电位作业时，由于手部为人体尖端，此处电场最大；

（4）中间电位作业在1 m以上作业时体表电场不超出240 kV/m。