变电站户外箱体防感应电措施探讨

李,丹,,张,超,,王,鹏,,郑映斌,,黄铎涛

摘要：从变电站（换流站）户外箱体感应电产生的机理出发，查找出人体对地电容效应产生的悬浮电位与户外箱体之间的电位差是户外箱体感应电放电的主要原因。以原因为导向，对当前应用的防感应电措施进行总结与改进，提出并研制了一种新型户外箱体防感应电装置，该装置内置可变电阻，且与户外箱体直接相连，通过控制模块计算，将人体电流限制在安全阈值内，基本消除人体在户外箱体作业时，被感应电电击的感受，提高作业人员的作业安全性。

关键词： 感应电    悬浮电位   新型户外箱体防感应电装置

引言

变电站（换流站）的户外箱体、构架等金属部件位于强电磁场区内，与带电体的距离越近、带电体电压等级越高、带电体流过的电流越大，箱体、构架等金属部件产生的感应电荷就越多，感应的电压也越高[1]。当变电站或换流站工作人员巡视设备、开关箱体、攀登金属扶梯、构架时，经常发生被感应电电击现象，轻者产生电击灼痛感，重者因电击导致失手或者身体失去平衡而跌落摔伤。近年来，检修作业现场感应电防护问题一直备受关注[2~3]，但设备运行过程中，位于交变电磁场区域的户外箱体、构架等感应电防护问题较少探讨。本文基于上述背景，认真分析变电站户外箱体感应电产生来源，针对性制定感应电防护措施和手段，提高户外箱体感应电预防及安全管控，确保作业现场人身安全。

1.户外箱体感应电的来源

电磁感应和静电感应是变电站（换流站）产生感应电的主要原因。

电磁感应：变电站（换流站）场地存在交变的磁场，根据法拉第电磁感应原理，闭合电路中有导体在磁场中作切割磁感线运动，或者存在变化的电流、变化的磁场等，会在回路中产生感应电流。如果电路不闭合则会产生感应电压，感应电压在形成导电回路时会对人员造成伤害，未形成导电回路，则存在安全隐患。带电体中电流产生交变磁场的强弱、带电体与导体之间的耦合系数等是影响电磁感应大小的主要因素。电磁感应表现为一种低压常态放电现象。

静电感应：当一个导体和带电体接近时，导体上靠近带电体的一面感应出与带电

体极性相反的电荷，远离带电体的一面感应出另一极性电荷。带电体在其邻近空间产生高压电场，如果导体在该电场内未接地，由于电容耦合效应，会产生静电感应电压。带电体流过电流的大小、被感应导体与带电体和地之间分布电容关系等是影响静电感应大小的主要因素。静电感应表现为高电压小电流的一种瞬间放电现象。

户外箱体处在带电体下方，其邻近空间存在高压电场，当地面作业人员在户外箱体、构架上作业时，由于地面作业人员穿着绝缘鞋，表现为与地绝缘的导体，在强电场作业下会产生悬浮电位，如图1所示。当触碰到接地的箱体与构架时，瞬间形成回路，产生放电现象。从这看出，户外箱体、构架的感应电主要来源于静电感应，正常情况下，感应电流通过接地引入大地中，不会出现放电现象。但处在高电场作用下的人体触碰户外箱体、架构时，由于有电位差，则会产生放电现象。人体的悬浮电位、户外箱体接地是否良好、人体与户外箱体的等效电阻等是决定放电电流大小的主要因素。

图1 人体接触户外箱体时感应电示意图

2.感应电检测

根据前面章节分析，人体的悬浮电位、户外箱体接地是否良好等是人体触碰户外箱体产生放电电流大小的主要因素。因此感应电检测着重对人体悬浮电位与户外箱体漂移电位这两个物理量进行测试分析。

户外箱体漂移电位测试方法采用电容分压器法[1~2]，该方法能有效避免干扰及数值衰减对检测结果的影响，原理如图2所示。检测户外箱体电压时，先将高压引线固定于绝缘操作杆，检测人员穿戴上绝缘靴和绝缘手套后站在绝缘垫上，通过绝缘杆将高压引线接触到监测处户外箱体部分，则感应电压由高压引线至电容分压器，在二次侧就可测出电压值。

图2 电容分压法测试原理图

检测时天气晴，温度为34℃，湿度为６5％，带电体为交流500kV，户外箱体与带电运行设备的高度差大于5米，检测数据见表１。

表１ 测试户外箱体感应电压检测值

序号	户外箱体测试部位		电压检测值（V）
1	户外A箱体测试部位	上端	18
		底部	9.6
		正面	12
		侧面	11.8
2	户外B箱体测试部位	上端	20
		底部	11.2
		正面	15
		侧面	15.5

上述检测结果表明，户外箱体即便接地良好，也会产生漂移电位。其漂移电位与户外箱体距接地点的距离有关，距离接地点越近，户外箱体的漂移电位越小。

人体悬浮电位处于一个实时动态变化过程，不能通过直接接触的电容器分压法进行测量，采用万用表进行定性分析。

检测时天气晴，温度为34℃，湿度为６5％，带电体为交流500kV，人与带电运行设备大于安全距离5米，选择不同身高的两组人员穿绝缘鞋站在地上进行对比测试，检测数据见表2。

表2 测试人体感应电压检测值

序号	人员测试条件		电压检测值（V）
1	人员A（身高1.8米）	站立	78.45
		蹲下	46.21
		站在构架上	120.55
2	人员B（身高1.6米）	站立	58.23
		蹲下	32.12
		站在构架上	88.45

上述检测结果表明，人体的悬浮电位与对地的高度有关，其外在表现为人的身高越高，悬浮电位越高，同一人所处的位置，离地面越高，其悬浮电位也越高。

3. 户外箱体感应电防护措施

根据人体触碰户外箱体产生放电现象的原理，目前采取的防护措施有以下两种：

（1）作业人员佩戴防感应电手环装置，手环的一端戴在作业人员手上，另一端为鳄鱼口接地线夹，夹在户外箱体或构架的接地扁铁上。其原理是始终保持人体、户外箱体与大地连接，成为等电位体，从而避免人体与箱体间的感应电位差引起放电。该方法对感应电放电现象有一定改善，但在户外箱体接地不良好，存在较大漂移电位时，该方法的弊端和不适应性将凸显。

（2）作业人员穿绝缘靴，戴绝缘手套，与导电设备完全绝缘。该方法能够完全避免人体被感应电电击现象。但由于作业人员在户外箱体上进行开、关锁、清扫端子排、信号线等精细的工作，带绝缘手套非常不方便，且有可能误碰、误动箱体内端子、信号线等，因此该方法不利于作业人员现场工作的开展。

本文对上述两种防护措施进行总结与改进，研制了一种新型户外箱体防感应电装置，如图3-图4所示，由人体手环、导线、把手装置、把手固定模块四个组成部分。其中把手装置包括控制电路、可调电阻、感应电压检测装置。

图3 一种新型户外箱体防感应电把手装置

图4 一种新型户外箱体防感应电把手装置组成图

图5为该新型户外箱体防感应电把手装置电路原理图，R1为人体等效电阻，C1为人体对地电容，R2为把手装置内部可调电阻。

图5 新型户外箱体防感应电把手装置电路原理图

图6为该新型户外箱体防感应电把手装置控制原理图，把手装置由控制系统、电阻模块、感应电压检测模块组成。

图6 把手装置控制原理图

具体实施为：手环带在人体手上，通过连接导线，将手环连接至把手装置，把手装置通过感应电检测模块监测人体电位，根据人体安全电压36V计算出电阻的大小，然后通过控制系统调整电阻模块，将人体电流限制在安全阈值内[4]，如表3所示，减弱人体因感应电产生的微弱针刺感，提高作业人员安全性。

表3 接触电流对人体的间接影响

50/60Hz的电流（A）	间接影响
0.2~0.4	接触感
0.9~1.8	手指触电的疼痛感
8~16	引起疼痛的电击或松脱
12~23	严重电击或呼吸困难

携带该装置在户外箱体上进行作业，分晴天、阴天、雨天三种不同的天气情况下，测试作业人员的感应电放电体验。测试数据如表4所示。

表4 不同天气情况下，户外箱体作业感应电放电体验

天气情况	户外箱体作业感应电放电体验结果
晴天	接触感
阴天	无感觉
雨天	无感觉

上述检测体验表明，新型户外箱体防感应电装置，在阴天和雨天的情况下，能完全消除人体被感应电电击感受，在晴天感应电压比较大的情况下，将感应电电击产生的针刺感转换为接触感，提高了作业人员的安全性。

4.结语

通过分析变电站（换流站）户外箱体感应电的来源，得出人体对地电容效应产生的悬浮电位与户外箱体之间的电位差是户外箱体感应电放电的主要原因。通过万用表对人体悬浮电位进行检测，通过电容分压法对户外箱体的漂移电位进行检测，依据检测结果，得出人的身高、人与地面之间的高度、户外箱体与接地点的距离与检测结果成正相关性。依据感应电放电主要原因，对当前应用的防感应电措施进行总结与改进，提出并研制了一种新型户外箱体防感应电装置，该装置内置可变电阻，且与户外箱体直接相连，通过控制模块计算，将人体电流限制在安全阈值内。在晴天、阴天、雨天三种情况下，测试作业人员携带该装置在户外箱体作业时，感应电放电体验。测试结果表明该装置基本消除人体被感应电电击的感受，提高作业人员的作业安全性，且装置制作加工成本经济，具备一定的推广应用价值。

参考文献

（1）佘立伟;孙振华;刘郑哲;变电站感应电压检测及分析[J],电工技术,2018,12:136-138。

（2）陆昕;变电站静电感应电压风险的识别与控制[J],广西电力,2013,36（5）:31-33。

（3）许加凯;赵斌财;张晓;王思城;变电站感应电影响与防护探讨[J],山东电力技术,2017,6,73-76，80。

（4）韦钢;杨毅;周冰;工频电磁场对人体的影响及相关标准分析[J],上海电力学院学报，2009,2:145-149,160。

作者简介：

李丹（1984年-），女，湖南安仁县人，电气高级工程师，硕士研究生，主要从事换流站运行维护。