智能型高压试验安全防护体系的设计与应用.pdf

电工文摘产品与应用 智能型高压试验安全防护体系的 设计与应用 潘国华刘鹏飞 ( 国网桐乡市供电公司) 摘倭：电气试验是电网建设和电网运维必不可少的重要环节。鉴于电气试验一般具有高电压特性，进行 电气试验必须配以一定的安全防护措施。文章首先对当前的试验防护方法进行介绍，分析其存在问题： 其次提出智能型高压试验安全防护体系的设计架构。该架构着眼于变被动型防护为主动型防护，且集成 试验时相关参数的自动采集和展示功能：再次就实现以上架构的主要技术点进行阐述。最后分析了新型 安全防护体系在桐乡市供电公司高压试验中的应用情况。应用结果表明，文章所设计体系具有一定前瞻性， 可做适当推广。 关键词：高压试验：安全防护：智能型：红外触发 0 引言 电气高压试验对于检测电力设备的状态优劣有着不 可替代的作用。随着电力设备序列的不断扩展和电力运 维要求的逐日提升，高压试验的对象与项目均在不断增 加之中。由于高压试验的主要特点是试验时会产生高电 压，因此做好安全防护工作始终是电气试验的核心要求 之一| 1 】。传统的安全防护体系以安全围栏、绳等作为隔 离工具，辅之以必要的监护人员，总体上属于被动式防护。 这种防护方法对于小型试验( 如1 0 k V 断路器打耐压) 是 满足防护要求的，但对于大型试验( 如主变试验、母线 试验等) 却会存在视觉死角等问题闭；另外，随着外包劳 务的增加，大量系统外人员参与到电网建设和变电检修 中来，这些人虽然经受了一定的安全培训，但安全意识、 风险意识可能存在一定偏差，可能会在试验期间做出跨 越遮拦、触碰设备等违规动作，这给有效的试验管理带 来了挑战。 为了改善以上问题，国内外众多专家投入大量精力 予以研究。文献【3 从技术前瞻的角度就综合性防护系统 建设进行了构思，但未有具体实现和应用；文献 4 设计 了基于无线射频识别的试验防护装置，虽然具备主动防 护的雏形，但作用距离近，满足不了大型试验的需求； 文献 5 提出将红外触发机制应用于高压试验防护，实现 了灵活防护、远距离防护等目标，但未能做到“报警+ 断电+ 试验参数展示”的一体化。 综上，当前的电气试验防护体系虽然逐步由被动型 转为主动型，但尚未达到智能化要求。笔者结合国网桐 乡市供电公司的实际状况，就智能型高压试验安全防护 体系进行总体设计，并寻找保定华创进行设备研制，最 后投入现场使用并取得良好效果。 1 智能型高压试验防护体系的需求分析 首先介绍当前大部分试验场合的安全管控。 1 ) 采用安全围栏、绳。即用绝缘性能和机械性能良 好的尼龙绳或植物纤维绳将高压试验工作范围与四周进 行隔离，并在围栏上向外悬挂“止步，高压危险! ”等 安全标识牌( 颜色为醒目的红绿交替) ，以防止无关人员 误入操作区。 2 ) 采用安全警示带。即用以荧光绿为主体颜色的安 全带将试验区进行圈定，再配以安全标识牌。 显然，以上传统的安全防护方法的优点是成本低廉、 布置方便，缺点为：主要依赖制度考核来保证相关人 员的安全意识，安全隐患的不确定程度高；仅以视觉 作为警示“媒介”，警示手段单一；需要配置足够的 监护力量( 特别对于大型试验) 。 D G W Z J 2 0 16 4 2 9 万方数据 电工文摘产品与应用 在厘清了传统型试验防护体系的不足之后，结合文 献【3 关于“变电设备高压试验安全防护措施分类”，提 出以下需求： 1 ) 防护体系的形状应能根据试验现场的不同环境组 成长方形、品字形、椭圆形等多个“款式”；且考虑大 型试验的空间延伸，单边布防距离应可在0 - 5 0 m 范围内 任意调节。 2 ) 要有明显的通断灯光报警，使得一旦出现异常情 况就能被及时发现；另外，基于对“主动防卫”的考量， 当有人闯入隔离试验检修区域时，防护体系应自动切断 试验电源，从源头消除危险因素。 3 ) 断电后采用人工手动开关恢复供电电源。目的是 确保所有异常被排除后再开启试验工作。 此外，考虑到电气试验时对相关参数的掌控( 如电流、 电压、温度、湿度等) ，要求智能化高压试验安全防护 体系须集成电气量采集、环境状态显示等功能，这样就 可使试验准备工作大为简便。 2 技术构思与总体架构 前已述及，文献 5 】认为红外线具有方向性好、不 穿透人体以及对人体无伤害等特点，可被用于检测高压 试验区内有无异常人员进入。因此，本文引进基于光束 遮断感应原理的红外线围栏来作为智能型高压试验安全 防护体系的关键部件之一。该部件成对出现，其工作原 理为：一端由发射器发射红外线，形成警戒线；另一端 由受光器接收，若有物体通过，光线被遮断，受光器信 号发生变化，经放大处理后发出电、声信号用以报警。 相关示意见图1 。 【二二竺三么二! ， 当红外射线被阻挡后触发报警节点和交流接触器辅助节点 图1 基于光速遮断感应原理的红外线围栏工作示意 由于红外围栏没有实体，为了加强防护，其应与传 统围栏配合使用，相关示意见图2 所示。 D G W Z 2 0 16 4 3 0 图2 红外围栏与实体围栏的配合使用 在确定基于红外触发机制的关键思路后，再考虑温 湿度显示、电气量采集等需求，最后形成图3 所示的总 体架构。在该架构指引下：试验进行中所需的输入电 压( 2 2 0 V 或3 8 0 V ) 将通过防护体系产生并被实时显示； 红外栅栏在检测到异物进入后，将产生负反馈信号， 并通过中央单片机对三相交流接触器执行断开操作，实 现紧急情况下的断源保护。 试验电源 输入一 电压电流 采集终端 1 = 红外栅栏 三相交流l 接触器l 丘 集中控制器 ( 单片机) I 一一一一一一一豳一一避踺堕箩箜墨j 图3 智能型高压试验安全防护体系的总体架构 3 关键环节的技术探析 在智能型高压试验安全防护体系研制中，关键环节 主要为：红外信号的比较与隔离；红外信号的锁存； 红外对射装置响应时间的确定。 1 ) 红外信号的比较与隔离。本文选择的红外避障传 感器在无阻碍物时信号线输出为低电压0 5 - 2 5 V ，有阻 碍物时输出为高电压0 5 - 2 5 V 。为了保证信号处理单元 获得精准的指示信号，首先需要对红外栅栏产生的信号 进行比较和隔离。为此选用由L M 3 5 8 组成的电压比较器 和电压跟随器完成信号的比较放大与隔离，详见图4 所 示。另外，因高压试验时电磁干扰非常强大，为了避免 漏报或者误报，现场布置的导线均需选用带屏蔽导线。 一赢 万方数据 电工文摘产品与应用 V c c 图4 红外信号处理电路 2 ) 红外信号的锁存。为了使异常出现时红外栅栏输 出的高电平信号能够驱动继电器，需要将该信号进行锁 存以维持持续响应。本文采用7 4 H C 3 7 3 锁存器芯片来实 现该目的，详见图5 所示。 图5 红外信号的脉冲锁存电路 说明：O C 为输出使能信号，置低电平时输出锁存 的信号；E N G 为锁存使能信号，其状态由输出1 Q 决定。 红外栅栏未检测到异常时，中央单片机给出的逻辑处理 结果为低电平，此时有：1 D 低电平一1 Q 低电平一E N G 高电平，锁存器处于数据传输模式。当红外栅栏检测 到有物体遮挡时，中央单片机给出的逻辑处理结果为高 电平，此时有：1 D 高电平一1 Q 高电平一E N G 低电平， 锁存器处于读锁存模式，1 Q 将持续输出高电平。 3 ) 红外对射装置的响应时间。合理的响应时间设置 能够滤除不必要的干扰，同时避免迟报、漏报等现象。 通常是以1 0 m s 的运行速度来计算最短遮光时间的【q 。 由于安全防护体系主要为了保证人身安全，因此以人为 考察对象。不失一般性，可假定人的宽度为2 0 c m ，则在 1 0 m s 速度下的最短遮断时间为2 0 m s 。因此，可以确定， 当遮断时间大于2 0 m s ，则启动报警回路；当遮断时间小 于2 0 m s ，则认为是系统偶发的干扰而予以忽略。 4 应用情况 在完成设备研制后，保定华创公司采取模拟遮挡的 方法进行系统动作测试( 输出部分串接灯泡) ，各项数据 均符合预期目标。之后，国网桐乡市供电公司进行了实 际使用，并对使用情况进行技术统计( 时间为两个月) ， 相关情况如下表所示。 表智能型高压试验安全防护系统的实际使用情况 统计 本系统引入前本系统引入后 项目 因系统集成了温湿 必须带围网、温湿度检测、电流电压 试验前度计、电缆盘、插检测、试验电源多 的准备座板、万用表等一路输出等功能，因 工作 大堆设备。遗漏情此可一箱式装配， 况发生率约2 0 。试验要件遗漏率为 0 。 试验小型试验配置4 人，小型试验配置2 人， 的人力大型试验配置7 - 8大型试验配置3 4 配置 人。 人，人力降低5 0 。 整个试验用时中4 0 安全布防、参数测量 试验用来安全布防、试以及试验电源插接 用时验环境参数测量以用时占试验总用时 及试验电源插接。比例下降到2 0 。 另外，在试用时段内( 变电所预试) ，发生过两起因 变电运维人员搬运大件物品而“触碰”红外警戒线导致 试验设备电源自动中断的情况。这从侧面说明了智能型 高压试验安全防护系统在消除试验工作时的安全隐患方 面的作用。 5 结束语 本文设计的智能型高压试验安全防护系统成功地将 红外触发机制应用于高压试验区的强制隔离，并实现被 动防护向主动防护的转变。另外，本项设计把现场高压 试验所需用到的温度、湿度、时间、电流、电压、连接 电缆盘、接线端、各型插孔、警灯、声音报警器集中于 一台设备，真正实现一机多能、既高效又便捷。国网桐 乡市供电公司的应用实践表明，智能型高压试验安全防 护系统具有巨大的推广价值。 参考文献： 【1 】张勇高电压设备使用人员安全防护系统研究 J 1 内 蒙古石油化工，2 0 11 ，3 3 ( 4 ) ：5 9 6 0 【2 】金雍奥，曲金秋，周志昊，等变电设备高压试验安全 ( 下转第3 6 页) D G W Z 2 0 1 6 4 3 1 万方数据 电工文摘产品与应用 波畸形变的影响，当其中一相差流有效值比整定值更高 时，便会立即在出口上发生作用。 2 2 4 逻辑框图 图3 4 中厶，、五，、立，及月。、鼠、G 分别代表变压 器各侧差动T A 二次各相电流。 3 异常工况的判别方法 3 1 _ A 断线判别方法 在通常情况下，若变压器的某一侧T A 断线后，便 会产生差流，进而引起差动保护误动。此时便需要设置 专门用于判断T A 是否断线的工作，如果在差动保护还 未动作之前，便能够准确判断出该故障是否是因为T A 断线引起的，然后在最短的时间内闭锁差动保护出口。 但是因为T A 断线的过程中还伴随着电弧暂态过程，在 断线的最开始阶段的电流不是迅速降至为零的，再加上 用于检测T A 所需时间必须短于差动时间，如此便极大 地提高判断T A 是否断线的难度。当无法明确判断出T A 是否断线时，D G T 8 0 1U 型危机保护装置判断T A 断线的 方式是根据电流的突变方向，其判断的主要原则为： 若线路发生短路故障时，会弓I 起电路中的电流升高，但 是线路时电流则会降低，所以可以根据线路中电流的突 变方向正负来判断其是否断线；正常情况下，不会考 虑变压器不同侧T A 同时断线的可能性，所以当电流出 现负值时，肯定发生在相同侧；若不考虑为三相同时 发生断线时，突变的变流必须小于两路电流；若在三 相电流中，健全的基本条件为至少有一侧中的一相存在 T A 断线情况时，则剩余一向或者两相的值偏小；当差 流电流小于解除T A 断线功能差流倍数的厶t 整定值。 3 2 短路故障时T A 饱和判别方法和对策 若在电力系统运行中，发生较大故障情况时，线路 会产生较大的短路电流，T A 出现严重饱和，但是由于在 某些特殊情况下短路电流含有非周期衰减分量，因此出 ( 上接第3 1 页) 防护措施 J 】电气技术，2 0 1 5 ，4 2 ( 5 ) ：8 5 8 7 f 3 1 贺伟军，王坚诚，虞伟高压试验安全防护系统建设研 究 J 1 中国电业( 技术版) ，2 0 1 4 ，2 9 ( 1