變電設(shè)備高壓試驗安全防護(hù)措施

金雍奧 曲金秋 周志昊 尹曙光

（國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

高壓試驗是電力設(shè)備運行和維護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)一次設(shè)備安全運行的有效手段之一。在高壓試驗的工作現(xiàn)場，尤其是對于現(xiàn)場大型的電力變壓器、GIS 設(shè)備、母線等設(shè)備，在進(jìn)行交流耐壓、局放等試驗過程中會產(chǎn)生數(shù)千伏，甚至幾十、上百千伏的高壓，這對試驗人員的人身安全是一種較大的威脅。

因此高壓試驗人員需要在試驗現(xiàn)場，一方面要滿足電力安全工作規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行作業(yè)；另一方面要嚴(yán)格采取一定的安全防護(hù)措施，最大程度上保護(hù)個人的人身安全。

1 高壓試驗作業(yè)現(xiàn)場安全要求

在高壓試驗的作業(yè)現(xiàn)場，試驗人員的工作范圍主要分為電源控制區(qū)、加壓操作區(qū)兩部分，這些區(qū)域必須滿足安全要求，并且試驗人員距離加壓操作區(qū)的被試品及升壓設(shè)備的安全距離要滿足相關(guān)規(guī)程，可參照DL 56—1995 電業(yè)安全工作規(guī)程（高壓試驗室部分）及國網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程[1]（變電部分）的規(guī)定執(zhí)行，如表1、表2所示。

表1 交流和直流試驗安全距離

表2 沖擊試驗（峰值）安全距離

2 高壓試驗安全防護(hù)措施綜述

目前，在對變電設(shè)備進(jìn)行高壓試驗的工作現(xiàn)場，應(yīng)用較為廣泛的主要有安全圍欄、繩以及安全警示帶，而其它一些新型的安全防護(hù)措施也相繼被提出，并得到了一定程度的應(yīng)用與推廣。論文對現(xiàn)有的變電設(shè)備高壓試驗安全防護(hù)措施進(jìn)行了歸納和分類，如圖1所示。

圖1 變電設(shè)備高壓試驗安全防護(hù)措施分類

2.1 傳統(tǒng)防護(hù)措施[2-3]

在高壓試驗現(xiàn)場，傳統(tǒng)的防護(hù)措施主要有安全圍欄、繩以及安全警示帶。它們可以將被試品以及試驗設(shè)備圍在一定的區(qū)域，該區(qū)域以外保證處于距離帶電設(shè)備以及試驗電壓的安全距離范圍。

1）安全圍欄、繩

圍欄、繩一般采用絕緣性能和機(jī)械性能良好的尼龍繩或植物纖維繩，安放于高壓試驗工作范圍的四周，并面向外懸掛“止步，高壓危險！”的安全標(biāo)識牌，顏色為較為醒目的紅綠交替或紅白相間，用以引起現(xiàn)場作業(yè)人員注意，防止人員誤入操作區(qū)。

2）安全警示帶

安全警示帶以熒光綠為主體顏色，在現(xiàn)場布置時基本與安全圍欄、繩相同，通常警示帶上印有“止步，高壓危險！”字樣的標(biāo)示，熒光綠色更易引起現(xiàn)場人員的注意，也可在一定程度上防止誤入情況的發(fā)生。

傳統(tǒng)的防護(hù)措施是每個試驗現(xiàn)場所必須采取的安全措施，優(yōu)點是成本低，布置方便，性價比高；但其僅從視覺上對試驗人員進(jìn)行警示，警示效果單一。

2.2 新型防護(hù)措施

傳統(tǒng)的安全圍欄、警示帶等防護(hù)工具在一定程度上保護(hù)了試驗人員的人身安全。隨著試驗現(xiàn)場的作業(yè)情況越來越復(fù)雜，新型的安全防護(hù)措施應(yīng)運而生，在傳統(tǒng)防護(hù)的基礎(chǔ)上，采用聲、光、電等多方面手段，對異常情況及時反應(yīng)，保護(hù)人員及設(shè)備的安全。

1）安全語音提示器[4]

安全語音提示器是一種以紅外探測器為核心部件，內(nèi)涵讀卡器的一種語音錄播系統(tǒng)。

在高壓試驗現(xiàn)場，通常將語音提示器安放在傳統(tǒng)安全防護(hù)圍欄上，當(dāng)人員靠近安全圍欄，提示器的內(nèi)置紅外探測器偵探到人體信號時，就會自動啟動播報語音警示語，提醒工作人員的注意。

由于其體積小巧，便于攜帶，并且可以隨意錄制語音內(nèi)容，已大量用于電力系統(tǒng)發(fā)電廠、變電站等高壓試驗區(qū)域。

2）基于紅外探測技術(shù)的安全圍欄

紅外線圍欄是基于光束遮斷式感應(yīng)器（Photoelectric Beam Detector）所開發(fā)的安全防護(hù)工具，其基本的構(gòu)造包括瞄準(zhǔn)孔、光束強度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等。

該裝置通常成對出現(xiàn)，其基本原理是：一端由發(fā)射器發(fā)射紅外線，形成警戒線，另一端由受光器接受，若有物體通過，光線被遮斷，受光器信號發(fā)生變化，經(jīng)放大處理后發(fā)出電、聲信號用以報警。紅外對射裝置要選擇合適的響應(yīng)時間：太短會容易引起不必要的干擾；太長則會發(fā)生遲報、漏報。通常以10m/s 的速度來確定最短遮光時間。若人的寬度為20cm，則最短遮斷時間為20ms。大于20ms報警，小于20ms 不報警。

紅外安全圍欄沒有實體圍欄，為了體現(xiàn)其良好性能通常與傳統(tǒng)圍欄等設(shè)備配合使用，示意圖如圖2所示。

圖2 基于紅外探測技術(shù)的安全圍欄

文獻(xiàn)[5-10]均提出了含有紅外線圍欄的安全防護(hù)措施，應(yīng)用效果較好。

為了保持紅外圍欄所發(fā)出的高電平信號，文獻(xiàn)[11-12]提出采用74HC373 芯片的方法，輸出鎖存輸入的電平信號，使得處理單元持續(xù)響應(yīng)產(chǎn)生報警信號，提高了應(yīng)用的可靠性。

3）基于無線射頻技術(shù)的防護(hù)措施

無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電磁耦合電磁傳播）的傳輸特性，實現(xiàn)對識別對象物體的自動識別[13]。

RFID 技術(shù)由RFID 控制器和RFID 標(biāo)簽2 部分組成?？刂破鞑捎玫皖l信號進(jìn)行探測，利用高頻信號（UHF 信號）接收采集數(shù)據(jù)，如果RFID 標(biāo)簽在目標(biāo)范圍內(nèi)出現(xiàn)，接收器就會收到低頻信號，并通過高頻信號發(fā)出報警信息。由于具有高速移動物體識別、多目標(biāo)識別和非接觸識別等特點，RFID 技術(shù)可以較好的應(yīng)用于高壓試驗現(xiàn)場人員眾多、多班組交叉作業(yè)的情況。

文獻(xiàn)[8，11，14]提出了基于RFID 技術(shù)的安全防護(hù)措施，并通過試驗證明了該措施的靈敏性與可靠性。

4）試驗電源速斷裝置

傳統(tǒng)的安全圍欄等防護(hù)措施，無強制閉鎖功能，無法強行阻止試驗設(shè)備及被試品帶電時人員的誤入和誤碰，因此不能有效地保護(hù)誤入人員及設(shè)備的安全。

試驗電源速斷裝置的出現(xiàn)很好的解決了這一問題，通常情況下，電源速斷裝置會與紅外線探測裝置，RFID 管控系統(tǒng)配合使用。紅外線裝置感應(yīng)異常，傳遞給接收處理模塊后，對控制線圈發(fā)出信號，控制電源開關(guān)的導(dǎo)通或者關(guān)閉；在RFID 系統(tǒng)中，RFID控制器收到標(biāo)簽信息后通過信號邏輯處理輸出繼電器分開信號，切斷試驗電源。

文獻(xiàn)[5-9]均提出了將紅外探測裝置與RFID 技術(shù)結(jié)合電源速斷裝置的安全防護(hù)措施，其良好的實際應(yīng)用證明了裝置的快速性。

2.3 輔助防護(hù)措施

新型的防護(hù)措施在傳統(tǒng)措施的基礎(chǔ)上大大提升了安全作用范圍與防護(hù)效果，如果采用輔助型的防護(hù)措施，則更能夠體現(xiàn)出其優(yōu)越性。輔助防護(hù)措施可適用于人員較為的場合，尤其適用有外來施工人員的工作現(xiàn)場或是大容量試品的長時間試驗以及安全可靠性要求較高的場合。

1）放電棒信號閉鎖防護(hù)

升壓控制臺電源斷開時，由于操作區(qū)設(shè)備可能有殘余高壓，尤其對于大容量的試品來說，此時若在未接地放電的情況下接觸高壓設(shè)備，就可能發(fā)生事故。放電棒的作用就是在試驗人員接觸試品之前放掉其殘余電荷，防止其人身受到傷害。

文獻(xiàn)[5-6，12]提出了一種接地棒信號閉鎖防護(hù)措施，自主研制一種能鋁合金開關(guān)，可經(jīng)受頻繁開關(guān)沖擊，其基本原理是一個單刀雙置開關(guān)，接地棒放到指定位置時開關(guān)被壓下，動觸點接通，信號為高電平；反之動觸點接地，為低電平。該電平信號進(jìn)入邏輯處理單元，可控制電源的通斷。

2）腳踏控制閉鎖防護(hù)

腳踏控制就是通過在操作機(jī)構(gòu)或控制電源處加裝腳踏壓板，壓板內(nèi)部的核心部件為重力感應(yīng)裝置，裝置的輸出端與控制電源的交流接觸器相連。操作時，工作人員雙腳踏在壓板上，交流接觸器正常工作，電源正常；而當(dāng)工作人員雙腳離開壓板，則相應(yīng)的重力感應(yīng)裝置輸出高電平信號，接觸器不閉合，電源失電閉鎖。

腳踏控制開關(guān)的功能主要是為了限定試驗人員的位置，只有在保證控制電源在試驗人員可控的條件下，才能滿足電源有電；而在設(shè)備高壓試驗期間工作人員若離開控制區(qū)，高壓電源切斷，進(jìn)一步確保工作現(xiàn)場人員的人身安全。

文獻(xiàn)[5，8-9，11-13]均提出了腳踏控制閉鎖防護(hù)措施，并得到了良好的應(yīng)用，其中文獻(xiàn)[8]的設(shè)計還增加了防抖功能，大大提升了設(shè)備及試驗工作的可靠性。

2.4 數(shù)字防護(hù)措施

相比于模擬技術(shù)，數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢越來越突出：其一，數(shù)字控制基本不受元器件性能變化的影響，可靠性高；其二，系統(tǒng)的軟件化可簡化電路結(jié)構(gòu)，減少外圍器件；其三，數(shù)字控制使許多復(fù)雜算法更易于實現(xiàn)。因此，數(shù)字控制取代模擬控制已成為一種趨勢[15]。數(shù)字防護(hù)措施根據(jù)多采用微處理器的不同又可分為基于單片機(jī)和基于ARM 的數(shù)控防護(hù)。

1）基于單片機(jī)的數(shù)字防護(hù)

以單片機(jī)作為微處理器，設(shè)計簡便、靈活，可直接調(diào)用設(shè)計完善的子程序，成本較低。文獻(xiàn)[14]提出了基于MSP430 單片機(jī)芯片為標(biāo)簽電路處理器的RFID 防護(hù)體系，其工作框圖如圖3所示。

該系統(tǒng)用單片機(jī)進(jìn)行處理的優(yōu)點是功耗低，可以在長時間無喚醒信號的情況下進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而節(jié)省電源；其不足是抗干擾能力相對較差。

2）基于ARM 的數(shù)字防護(hù)

ARM（Advanced RISC Machines）處理器是一款32 位的微處理器。以ARM 芯片為核心的處理單元，具有較高的性能且第三方支持較多，功耗低。

文獻(xiàn)[14]所提出的RFID 防護(hù)體系中以LPC1768 ARM 芯片作為識別電路的微處理器，其工作框圖如圖4所示。

圖4 基于LPC1768 為處理器的識別電路工作框圖

基于ARM 的處理單元最大優(yōu)勢就是更加節(jié)能，且程序的執(zhí)行效率高；缺點是開發(fā)具有一定難度。

2.5 綜合性系統(tǒng)防護(hù)措施

綜合性的安全防護(hù)措施是集成基于紅外探測裝置的單層或多層報警圍欄，基于RFID 技術(shù)的現(xiàn)場人員標(biāo)簽識別及報警，接收到危險信號立即斷電的多功能電源以及腳踏及放電棒閉鎖斷電裝置于一體的成套裝置。其工作流程圖如圖5所示，信號采樣模塊通過接收各種防護(hù)終端的輸出信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊送入處理器處理后進(jìn)入結(jié)果執(zhí)行模塊進(jìn)行動作。

圖5 綜合性系統(tǒng)防護(hù)流程圖

由于該系統(tǒng)信號采樣種類較多，所以數(shù)據(jù)處理模塊通常用單片機(jī)、ARM 芯片等為核心處理器用來處理采樣的信號，進(jìn)行邏輯判斷。綜合性的防護(hù)措施成本高、布置復(fù)雜，但防護(hù)效果優(yōu)異，適用于作業(yè)現(xiàn)場條件較為復(fù)雜，人員眾多以及安全性要求極高的場合。

文獻(xiàn)[14]提出了上述的系統(tǒng)性安全防護(hù)措施，并采用了GPRS 網(wǎng)絡(luò)將關(guān)鍵點的狀況實時發(fā)送至監(jiān)控中心服務(wù)器，有效實現(xiàn)了工作全流程的記錄。

文獻(xiàn)[5，11]也采用了綜合性的防護(hù)措施，并通過在變電站內(nèi)的實地使用，驗證了措施的合理性。

3 結(jié)論

高壓試驗安全防護(hù)措施在高壓試驗現(xiàn)場作業(yè)的過程中起著舉足輕重的作用，傳統(tǒng)的防護(hù)措施是進(jìn)行高壓試驗時安全防護(hù)的必要手段，新型、綜合性的防護(hù)措施也不斷被提出，這些措施在增強試驗人員安全防患意識的同時，又提高了工作效率。實際工作中，應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)為前提，并根據(jù)試驗現(xiàn)場的情況選擇最佳的防護(hù)措施。智能化、數(shù)字化、系統(tǒng)化將是高壓試驗安全防護(hù)措施的發(fā)展方向。

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