室內(nèi)高壓檢定安全系統(tǒng)的設計與應用

彭　濤， 張　俊， 王艷龍， 黃敏敏， 楊　益

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽　合肥　230022)

1　前言

高壓電壓(電流)互感器是一種將高電壓(電流)轉換成低電壓(電流)的電力設備，在電力系統(tǒng)中常用于測量、保護裝置中，其中對計量用高壓互感器進行首檢檢定和周期檢定是保證計量準確性的有效手段。

國網(wǎng)合肥供電公司計量室互感器檢定室由合肥市質監(jiān)局授權，承擔合肥市內(nèi)380V～35kV電壓等級，包含各級用電客戶及部分電力系統(tǒng)內(nèi)的電流、電壓互感器的室內(nèi)檢定工作。在高壓互感器室內(nèi)檢定工作現(xiàn)場，試驗運行時，檢定電壓可高達42kV，且檢定時，升壓器、標準互感器、待檢互感器的一次側接頭、均壓環(huán)等部位外漏。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》[1]規(guī)定，高壓互感器檢定時，任何人員不得進入高電位1.00m以內(nèi)范圍。在實際現(xiàn)場工作中，高壓互感器檢定區(qū)域四周由圍欄防護，有一扇可以隨意進出的門。在檢定時，人員復雜，難免有不具備安全觀念的送檢人員在設備帶電的情況下，試圖進入高壓帶電區(qū)域，這是高壓互感器室內(nèi)校驗面臨的嚴重安全隱患。因此，結合現(xiàn)場實際情況，本文提出了一種安全防護裝置的研制，使現(xiàn)場安全防護水平有了極大的提高。

圖1為高壓互感器室內(nèi)檢定安全防護裝置的系統(tǒng)框架圖。該裝置由電磁系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)兩部分構成，其中，電磁系統(tǒng)作為該裝置的主保護系統(tǒng)，主要功能是阻止現(xiàn)場人員進入帶電區(qū)域。傳感系統(tǒng)作為該裝置的后備系統(tǒng)，為工作現(xiàn)場提供后備保護，當帶電區(qū)域有人員進入時，立即切斷工作電源，防止高壓觸電事故的發(fā)生。

圖1　系統(tǒng)總體框架　　　　圖2　安全裝置工作流程

本文提出的安全裝置工作流程如圖2所示。系統(tǒng)運行時，高壓互感器校驗裝置啟動瞬間，電磁系統(tǒng)中的整流控制模塊響應，控制電氣閉鎖系統(tǒng)開啟，將出入校驗區(qū)域的機械門閉鎖；同時鎖狀態(tài)檢測裝置會檢測電磁鎖的狀態(tài)，若電磁鎖未成功開啟，立即發(fā)出報警信息，提示現(xiàn)場工作人員；在校驗工作中，若有人強行打開機械門，傳感系統(tǒng)立即響應，將工作電源全部切斷。

2　電磁系統(tǒng)設計

2.1　電氣閉鎖裝置

電氣閉鎖[2]系統(tǒng)的主要作用是在高壓互感器檢定試驗臺上電的瞬間實現(xiàn)隔離門的自動上鎖。電氣閉鎖系統(tǒng)的選擇應本著高可靠性，易安裝的原則。高壓互感器體積大，重量大，需使用平板車推入檢定區(qū)域，因此現(xiàn)場出入門選用無門框設計。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，電氣閉鎖裝置選用了如圖3所示的電磁插銷鎖。

圖3　電氣閉鎖裝置

電磁插銷鎖是一種電子控制鎖具，由通過裝置的電流的通斷驅動插銷的伸出或縮回以實現(xiàn)被控門的鎖門和開門的功能。同時，為了保障電磁鐵插銷的可靠動作，該裝置需小片永磁鐵配合使用。如圖3所示的電磁插銷鎖由電磁鎖體和永磁片兩部分組成。通電后，鎖體電路產(chǎn)生直流電流，鎖體內(nèi)電磁線圈開始工作，產(chǎn)生的磁場與永磁鐵的磁場形成鉸鏈，磁力線閉合產(chǎn)生吸引力，驅動鎖體內(nèi)機械結構的插銷彈出，插入帶有永磁片的鎖孔內(nèi)，實現(xiàn)鎖門。斷電后，電磁力消失，插銷在重力作用下彈回，實現(xiàn)開門。該電氣閉鎖系統(tǒng)，在閉鎖時考慮到了門的位置狀態(tài)，在門位置失位時，鎖插銷無法彈出，有效的避免了插銷彈出而門未鎖的情況。因此，該電氣閉鎖系統(tǒng)具有較高的可靠性。

2.2　狀態(tài)檢測裝置

狀態(tài)檢測裝置的主要功能是檢測鎖體內(nèi)插銷狀態(tài)，并通過信號線反饋給控制裝置，在校驗裝置通電后，若鎖體內(nèi)插銷未成功彈出，狀態(tài)檢測裝置會及時通過信號線反饋給控制系統(tǒng)，從而發(fā)出報警。通過在鎖體插銷位置處加入位置傳感器，實現(xiàn)插銷位置的檢測，由兩路信號線反饋至控制器，一路信號線檢測電源狀態(tài)，輸出高電平表示檢定裝置已上電；另一路信號檢測插銷位置，高電平輸出表示插銷未成功彈出。邏輯控制功能通過邏輯電路實現(xiàn)，檢測兩反饋線路的高低電平信號，并通過邏輯“與”門電路，在兩信號線同時輸出高電平時，驅動發(fā)出報警信號。

2.3　開關電源

開關電源[3]的主要作用是為電氣閉鎖和狀態(tài)監(jiān)測裝置提供可靠的直流電源。開關電源交流側直接連接到互感器校驗裝置電源總開關之后，取220V交流電信號，該信號既檢測了檢定裝置是否帶電，又可以通過整流控制裝置，將220V交流電經(jīng)過整流、濾波及穩(wěn)壓后轉換為12V直流電，供電氣閉鎖系統(tǒng)使用。開關電源的原理如圖4所示。

圖4　開關電源原理圖

3　傳感系統(tǒng)設計

傳感系統(tǒng)作為安全裝置的后備系統(tǒng)，主要起到后備保護作用，在電磁系統(tǒng)失靈或外力強行破壞進出門進入到檢定區(qū)域后，傳感系統(tǒng)工作，切斷檢定裝置電源。后備系統(tǒng)主要包括檢測傳感器、固態(tài)繼電器、整流控制裝置。

3.1　檢測傳感器

檢測傳感器的工作原理是通過發(fā)射、接收紅外線，產(chǎn)生保護光幕[4]，當光幕被遮擋時，發(fā)出報警信號，并將信號傳送到整流控制裝置，從而控制檢定裝置的電源通斷。

圖5所示為本安全裝置使用的對射式檢測傳感器的結構圖。檢測傳感器包括投光器和受光器及控制器三部分，多組投光器發(fā)射出調(diào)制的紅外光，由對應的受光器接收，形成一個光路保護網(wǎng)，當有物體進入保護網(wǎng)，阻擋了光路的傳播，受光器紅外傳感器接收不到紅外線，傳感器輸出電平的電位發(fā)生變換，通過信號電纜傳送給控制器。

圖5　檢測傳感器結構圖

3.2　整流控制裝置

在傳感系統(tǒng)中，整流控制器主要有兩個作用，為檢測紅外發(fā)生器和傳感器提供工作電源；接收傳感器發(fā)出的信號，處理后產(chǎn)生控制電平，控制互感器檢定裝置電源回路的通斷。

為了避免檢定裝置增加過大的負載以及維持系統(tǒng)各部分直流電源的獨立穩(wěn)定性，傳感系統(tǒng)中直流電源通過另一個整流裝置，取220V公網(wǎng)交流電實現(xiàn)，該整流裝置與控制單元集成封裝在一起，即是該部分的整流控制裝置。傳感器在檢測到有闖入現(xiàn)象發(fā)生時，產(chǎn)生的信號為一個瞬間的電平變化，繼電器斷開電源，人一旦完全進入則光路恢復通暢，控制信號恢復正常，繼電器又恢復導通狀態(tài)。因此，整流控制裝置的另一個功能是低電平保持功能。在整流控制裝置中，控制器I/O接口收到低電平信號后，持續(xù)保持低電平輸出，控制繼電器的斷開狀態(tài)，直到手動復位，電平恢復為高電平，繼電器變?yōu)閷顟B(tài)。

3.3　固態(tài)繼電器

繼電器的主要功能是控制互感器檢定裝置電源回路的通斷，繼電器接收的控制信號來自傳感系統(tǒng)中的整流控制裝置。相比于傳統(tǒng)的電磁繼電器，固態(tài)繼電器響應快，運行無噪音，在互感器檢定現(xiàn)場產(chǎn)生的電磁干擾小[5]，因此，在該安全裝置中選用固態(tài)繼電器控制檢定裝置回路的通斷。

固態(tài)繼電器選用常閉觸點，在整流控制器無控制信號輸出時，繼電器保持檢定回路導通。當檢定區(qū)域進出門被強行闖入后，傳感器通過控制器輸出控制信號，固態(tài)繼電器響應，斷開檢定區(qū)域的電源，防止高壓觸電事故的發(fā)生。圖6為傳感系統(tǒng)的連接結構圖。

圖6　傳感系統(tǒng)連接圖

4　現(xiàn)場安裝調(diào)試

現(xiàn)場安裝調(diào)試分為電磁系統(tǒng)的安裝調(diào)試及傳感系統(tǒng)的安裝調(diào)試。檢定現(xiàn)場，高壓檢定區(qū)域有一扇進出門，檢定設備由平板車進出區(qū)域，電磁系統(tǒng)安裝時要選擇合適的位置，不能阻礙平板車的進出。因此，綜合電磁系統(tǒng)的機械結構，將電氣閉鎖的鎖體放在門關閉時的正下方，鎖體上平面與地面平齊，插銷垂直地面彈出；電氣閉鎖中的永磁片放在活動門下沿，插銷彈出后插入門下沿的永磁片內(nèi)。電磁系統(tǒng)中的信號反饋線及直流供電線路通過單股引線與鎖體連接。

傳感系統(tǒng)安裝時，要考慮到檢測傳感器能及時檢測到闖入現(xiàn)象的發(fā)生，因此，選擇投光器和受光器的位置為進出門的左右兩側。當進出門被打開后，傳感系統(tǒng)及時響應，快速切斷檢定裝置電源回路。固態(tài)繼電器及整流控制裝置通過無屏蔽電纜與傳感器連接。

5　總結

為了解決高壓互感器檢定現(xiàn)場存在的高壓誤入觸電安全隱患，本文提出了一套安全裝置的研制，該裝置主要包括電磁系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)。電磁系統(tǒng)在高壓區(qū)域帶電時，快速響應，將進出檢定區(qū)域的機械門閉鎖，防止現(xiàn)場人員進入高壓區(qū)域。為了防止電磁系統(tǒng)失靈時或外來人員外力破壞進出門進入高壓區(qū)域，安全裝置中加入了后備保護系統(tǒng)，及時檢測到闖入情況的發(fā)生，快速響應，及時將高壓區(qū)域內(nèi)回路電源切斷。通過該雙重保護系統(tǒng)，高壓互感器室內(nèi)檢定現(xiàn)場安全狀況有了極大改善。該裝置已在合肥供電公司計量室高壓互感器檢定室現(xiàn)場推廣使用，取得了明顯的安全成效。

參考文獻：

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[4] 熊家新,陳平.紅外光幕系統(tǒng)研究[J].長春光學精密機械學院學報,2000,23(3):9-12.

[5] 黃勇.固態(tài)繼電器傳導干擾分析技術的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2009.