高壓試驗場紅外電子圍欄設(shè)計

蔣京辰

（重慶市送變電工程有限公司，重慶，400000）

0 引言

電力生產(chǎn)中，高壓試驗是高壓設(shè)備在運(yùn)行維護(hù)中一項極其重要的工作，也是保證相關(guān)變電設(shè)備安全穩(wěn)定的必要措施。在進(jìn)行高壓試驗時，一旦有不相關(guān)人員誤入和異物入侵的情況，極易發(fā)生嚴(yán)重安全事故，因此必須采取有效的防護(hù)措施，確定高壓試驗人員和設(shè)備安全。

1 高壓試驗安全防護(hù)現(xiàn)狀

變電站建設(shè)和投運(yùn)前，需要進(jìn)行大量的高壓試驗，主要包括主變試驗、GIS組合電器試驗、電流互感器試驗、電容式電壓互感器試驗、電壓互感器試驗、避雷器試驗、耦合電容器試驗、所用變壓器試驗、電抗器試驗、隔離開關(guān)試驗、絕緣子試驗、電容器試驗、高壓電纜試驗、接地裝置接地電阻試驗、電力阻波器試驗。

完成這些高壓試驗持續(xù)時間長，需要耗時幾個月。試驗期間變電站仍處建設(shè)期，試驗人員和周邊人員較多。隨著高壓試驗次數(shù)的增多，高壓試驗的不穩(wěn)定性和不可預(yù)料性越來越嚴(yán)重。在進(jìn)行高壓試驗時，試驗設(shè)備上的電壓通常是正常運(yùn)行電壓的很多倍，由于偶有人員疏忽或特殊原因誤入帶電區(qū)域，由此產(chǎn)生的事故現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著工作人員的人生安全，同時對試驗場合安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響。因此防護(hù)圍欄是高壓試驗場必不可少的安全防護(hù)工具，在安全技術(shù)措施中起到全方位的防護(hù)作用。

高壓試驗場是典型的高危區(qū)。為防止高壓觸電帶來的人身和設(shè)備危害，通常采用安全圍欄繩和警示標(biāo)志，但仍然存在很大的安全隱患，如果有人安全意識不夠或誤闖入禁區(qū)，后果不堪設(shè)想。因此，有一套能從本質(zhì)上保證從業(yè)人員或非專業(yè)人員安全的防護(hù)設(shè)備很有必要。可以在常規(guī)圍欄外增設(shè)電子圍欄，提高高壓試驗的安全穩(wěn)定性。在高壓試驗的過程中，當(dāng)有人誤入警戒區(qū)域時，配套的警示設(shè)備能及時地報警，警示相關(guān)人員遠(yuǎn)離試驗場所的危險區(qū)域。在必要時刻切斷電源，防止事故的發(fā)生。

2 高壓試驗中存在的安全問題

高壓試驗種類一般根據(jù)試驗時施加的電源類型來進(jìn)行劃分，具體可以分為：交流高電壓試驗、直流高電壓試驗、沖擊電壓和電流試驗、局部放電試驗等。

(1)交流高電壓試驗

對于電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備而言，其在工作中的絕緣穩(wěn)定性至關(guān)重要。但其不僅要承受工作過程中的高壓，還要考慮外來大氣過電壓和設(shè)備自身內(nèi)部過電壓的影響。為了檢測設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，設(shè)備在出廠前一般要進(jìn)行交流高壓耐壓試驗來保證其絕緣穩(wěn)定性，以避免不必要的損失。

(2)直流高電壓試驗

電力設(shè)備經(jīng)常需要進(jìn)行直流高壓下的絕緣性測量，尤其對于某些電力電纜，通常用直流高壓試驗來替代交流高電壓試驗。直流高電壓試驗主要用于檢測大氣中的暫態(tài)高壓和大電流，是高電壓試驗技術(shù)中至關(guān)重要的一種手段，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下堅實的基礎(chǔ)。

(3)沖擊電壓和電流試驗

沖擊試驗是為了檢測設(shè)備的絕緣強(qiáng)度能否承受住全電壓或操作過電壓的沖擊，常用的沖擊試驗分為雷電沖擊和操作沖擊。具體沖擊試驗的方法有：球隙法、光電測量法、分壓器-示波器法等，沖擊試驗?zāi)茏鳛樵O(shè)備在大氣中抵抗雷電能力的標(biāo)志。

(4)局部放電試驗

電氣設(shè)備內(nèi)部常存在一些小的氣泡或氣隙等，由于這些缺陷部分的電介質(zhì)比設(shè)備自身要小，當(dāng)施加外電壓時，該部分會首先放電而形成局部放電。盡管局部放電的電壓很小，但在長時間的作用下也會使設(shè)備出現(xiàn)絕緣老化，故局部放電試驗的進(jìn)行是很有必要的。

3 安全圍欄比較

電子圍欄的發(fā)展已經(jīng)日新月異，大量高科技技術(shù)的出現(xiàn)使得電子圍欄不斷地在進(jìn)行進(jìn)步與完善。電子圍欄最早就是由帶電的鐵網(wǎng)構(gòu)成，其主要被安裝在監(jiān)獄中來保障監(jiān)獄的安全。20世紀(jì)末期發(fā)明了脈沖式電子圍欄，其主要由前置圍欄和脈沖信號發(fā)射機(jī)構(gòu)成。它的作用機(jī)理是：通電后脈沖發(fā)射機(jī)會分別產(chǎn)生陽極脈沖和陰極脈沖到前置的圍欄，當(dāng)有回路在前端圍欄產(chǎn)生后，其會把脈沖返還到脈沖發(fā)射機(jī)的發(fā)射口。一旦有外物入侵，圍欄的金屬導(dǎo)線將會被弄斷，由此電路將會斷開而產(chǎn)生報警。盡管低能量的脈沖電擊不會讓人死亡，但是極大概率會對人造成身體和精神上的損傷。在這之后，能進(jìn)行高低壓模式切換的電子圍欄出現(xiàn)在市場上并得到了應(yīng)用，但安全問題還是沒有得到徹底的解決。

表1 主要周界安防措施比較

最近幾年，一種張力式電子圍欄橫空出世。此電子圍欄通過判斷圍欄上是否有張力的改變來確定入侵，但其無法準(zhǔn)確區(qū)分張力索的拉伸、松弛狀態(tài)，同時張力索的狀態(tài)會影響圍欄的判斷。

為了應(yīng)對形勢發(fā)展需要，紅外電子圍欄應(yīng)運(yùn)而生。紅外電子圍欄解決了高壓脈沖的安全穩(wěn)定問題。紅外對射產(chǎn)品的工作原理基礎(chǔ)是發(fā)射端發(fā)射紅外信號并被接收端接收，只要有紅外光束被阻擋，其都會發(fā)生報警。根據(jù)四種安防措施比較，選擇的紅外對射方案。在高壓試驗場合中，紅外電子圍欄成本較低，安裝方便，無疑是一種理想的選擇。

4 紅外對射電子圍欄設(shè)計

根據(jù)四種安防措施比較，選擇成本較低，安裝方便的紅外對射方案。紅外對射方案如圖1所示.對射探頭由一個發(fā)射端和一個接收端組成。發(fā)射端發(fā)射經(jīng)調(diào)制后的兩束紅外線，這兩條紅外線構(gòu)成了探頭的保護(hù)區(qū)域。如果有人企圖跨越被保護(hù)區(qū)域，則兩條紅外線被同時遮擋，接收端輸出報警信號，觸發(fā)報警主機(jī)報警。如果有飛禽飛過被保護(hù)區(qū)域，由于其體積小于被保護(hù)區(qū)域，僅能遮擋一條紅外射線，則發(fā)射端認(rèn)為正常，不向報警主機(jī)報警。新型安全圍欄通過準(zhǔn)確可靠的感應(yīng)、聲光警示和后臺調(diào)動功能，將圍欄的防護(hù)功能由“被動”變?yōu)椤爸鲃印?，實現(xiàn)良好的監(jiān)管作用。

圖1 紅外對射方案示意圖

紅外信號的發(fā)射部分是紅外對射的重要組成部分，也是整個報警系統(tǒng)中必不可少的一環(huán)。在紅外發(fā)射機(jī)中，采用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生的矩形脈沖波作為電源，采用晶體管和集成電路作為電壓信號處理部分，同時將紅外發(fā)光二極管作為發(fā)射光源。

與紅外發(fā)射部分類似，紅外信號接收部分也是不可或缺的，一個合理的紅外信號接收電路應(yīng)該包括信號的采集、放大、整合等。在紅外信號被接收處理后，還需要根據(jù)實際情況進(jìn)行警示判斷。在紅外接收電路中，選用一個光敏二極管作為紅外信號的接收裝置，利用三極管構(gòu)建共基極放大電路，之后接一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，此單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是作為信號燈和警鈴的信號源。

整個紅外對射裝置具有重量輕、體積小、易于攜帶的優(yōu)點，同時其額定功率很低，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。紅外發(fā)射機(jī)在多諧振蕩電路的驅(qū)動下會發(fā)出一定頻率的紅外光線，此光線在特殊的光聚焦透鏡的處理后可以傳送很遠(yuǎn)的距離。正常情況下紅外接收機(jī)能接收到此光線而不會報警。若有人或物體入侵阻擋了紅外光的傳播，則紅外接收機(jī)不能順利接收到信號，所以會產(chǎn)生報警。

圖2 紅外對射系統(tǒng)控制原理圖

紅外發(fā)射器之間的紅外信號通過紅外傳感器輸出電壓信號，經(jīng)信號放大電路放大后進(jìn)入信號處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后的信號通過A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由微控制器一方面?zhèn)鬏斨谅暪鈭缶到y(tǒng)進(jìn)行報警判定。在實際生產(chǎn)生活中，高壓試驗場的電子圍欄不僅要在事發(fā)現(xiàn)場實現(xiàn)報警，還要能將報警信息遠(yuǎn)程傳輸至控制室，以便工作人員及時做出反應(yīng)，對是否切斷電源做出判斷，故需要在信號與警示電路后增加一個遠(yuǎn)程信號傳輸電路。此電路構(gòu)成如下：同相比例放大器、多諧振蕩器、CD4046構(gòu)成的調(diào)制電路、CD4046構(gòu)成的解調(diào)電路。

在具體的安裝中，首先應(yīng)該對高壓試驗場的地理位置和環(huán)境做出合理的勘探，然后根據(jù)高壓試驗的種類和安全注意事項對危險警戒區(qū)域做出劃分，據(jù)此可以設(shè)計出常規(guī)性的防護(hù)圍欄，在常規(guī)性圍欄的基礎(chǔ)上增加紅外對射。同時注意紅外對射裝置的安裝角度，確保紅外對射正常進(jìn)行。

5 結(jié)束語

本文分析了高壓試驗中存在的安全問題，提出了紅外對射電子圍欄防護(hù)系統(tǒng)方案。按照本方案設(shè)計的安全電子圍欄，安裝方便，成本低，可以大幅提升高壓試驗的安全性。但在實際的開發(fā)與應(yīng)用中，應(yīng)該充分考慮設(shè)備的成本與可靠性問題。在試驗場所更加復(fù)雜、場地較大和人員進(jìn)出密集的情況下，還可以輔以視頻監(jiān)控等手段，確保試驗的安全性。