一種電力設施積水觸電智能防護裝置研究

操亮亮，江光先，方黎明，葉國新，張 艷

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司桐城市供電公司，安徽 桐城 231400）

2021年8月，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會在日內(nèi)瓦發(fā)布最新報告表明，在未來幾十年里極端天氣將變得更加頻繁，電網(wǎng)應對極端氣候條件下的防御能力受到極大的挑戰(zhàn)。我國區(qū)域極端氣候復雜，夏季雷暴、臺風等多發(fā)，部分地區(qū)的電網(wǎng)設備在雨季洪澇積水條件下存在較大的損壞及漏電危險，洪澇積水條件下的檢修人員、社會行人及牲畜觸電事故頻繁。積水觸電事故的發(fā)生多為雨天大風將架空電線刮斷、雷擊和暴雨容易引起裸線或變壓器短路、放電，加之剩余電流動作保護器失效，路燈供電系統(tǒng)失去安全保護，路燈供電線路發(fā)生漏電故障時有關開關無法自動切斷電源，造成路燈附近過水區(qū)域帶電，一旦有人員靠近帶電區(qū)域，極易發(fā)生觸電傷亡事故。

目前針對雨天或暴雨天氣下防積水觸電的措施主要有：通過政府、電力公司等向公眾普及雨天防觸電知識，在極易發(fā)生觸電事故的位置裝設警示牌，

雨天積水情況下電力公司及時對故障電力設備進行搶修等措施。上述措施均屬于被動式防積水觸電措施，無法有效減少雨天觸電傷亡事故的發(fā)生，本文通過技術手段，研制一種能夠檢測積水電位并能夠發(fā)出防觸電報警信息的智能化裝置，保證電力設備在雨天安全穩(wěn)定運行，切實保障公眾生命安全。

1 電力設施積水觸電智能防護裝置原理

本裝置主要由顯示屏、雙股電線、透明塑料桶、測電位點模塊、數(shù)據(jù)信息遠程傳輸和報警器、報警燈主、控箱、插頭（電源）等幾部分組成，主要作用是檢測帶電設備附近存有積水時，水中是否帶電，用于保障附近相關人員的安全，防止觸電。本裝置包含12個電位點，測電位模塊用于測量設定的安全值以下的電壓，可根據(jù)使用需求進行擴展，測量的電壓通過主控箱的處理呈現(xiàn)在顯示屏上，工作人員可以通過顯示屏查看各檢測點的情況，當檢測點電壓到達設定的安全值時候斷開“測電位點模塊”，存在高壓的位置放置的絕緣塑料桶內(nèi)的浮球檢測裝置發(fā)出聲音報警，并伴隨著閃光，數(shù)據(jù)信息遠程傳輸器將報警信息及時發(fā)送給管理者。

2 電力設施積水觸電智能防護裝置結(jié)構(gòu)

電力設施積水觸電智能防護裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力設施積水觸電智能防護裝置結(jié)構(gòu)圖

顯示屏：將主控箱所檢測的信息顯示在屏幕上供管理者查看。

雙股電線：一段連接主控箱內(nèi)部端子排，另外一端連接檢測探頭。

透明塑料桶：內(nèi)部放有金屬檢測探頭，使其只能在桶內(nèi)上下移動。

測電位點模塊：絕緣材質(zhì)的配重塊，連接電線，防止電線處在水中時漂浮。

數(shù)據(jù)信息遠程傳輸：將主控箱檢測的數(shù)據(jù)通過此裝置遠程傳輸?shù)焦芾碚?，檢測到漏電時可以發(fā)送報警信息，及時提醒相關人員進行檢查。

報警燈：當裝置達到設定的安全值時閃爍，用于提醒。

主控箱：主控箱內(nèi)含端子排，電壓轉(zhuǎn)換器，信息處理器，處理通過雙股電線給的電壓傳到的電信號。

通孔：用于將主控箱固定在墻壁上，防止被水浸濕。

電源插頭：給主控箱與數(shù)據(jù)信息遠程傳輸和報警器提供電源。

電力設施積水觸電智能防護裝置筒內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電力設施積水觸電智能防護裝置筒內(nèi)結(jié)構(gòu)圖

浮球：當金屬探頭檢測到有電時，電路導通，浮球內(nèi)的蜂鳴器報警，閃光燈閃光，便于管理人員確定是哪個位置帶電。

金屬探頭：導電用于檢測帶有電的介質(zhì)。

絕緣線：固定金屬探頭。

透水孔：處于多雨地帶或水位較高的地方時，水從此處透水孔進入到透明塑料桶內(nèi)，將浮球托起。

通孔：用于將透明塑料桶固定在需要的位置。

電力設施積水觸電智能防護裝置測電位點模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電力設施積水觸電智能防護裝置測電位點模塊結(jié)構(gòu)圖

電極：用來測電壓的正負電極。

目前沒有專門應用于水中電位檢測的專用傳感器，使得無法采用水中電位檢測的技術與方法來有效防止積水中行人觸電事故的發(fā)生，同時積水電位檢測準確度與積水深度、積水電介質(zhì)導電性能相關，檢測信號微弱且容易受到周圍電磁場干擾的影響。本文研究的多重環(huán)形電極電位檢測傳感器，實現(xiàn)對水中電位的準確檢測。

傳感器工作于自積分狀態(tài)，檢測準確度高，能夠有效防止檢測不準導致的誤報警，同時該傳感器屬于固態(tài)無源傳感器，能夠應用于較為惡劣的環(huán)境。測電位點模塊有2個電極，通過2根線連接到主控箱內(nèi)的端子排后將信號傳到電壓轉(zhuǎn)換器。電位檢測裝置中傳感器一端與積水接觸，另外一端與高壓設備接地相連接，裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對積水深度的檢測，通過不同積水深度，自動選取相對應的積水帶電報警閾值。該裝置能夠在水中帶電超出觸電閾值時發(fā)出報警信息，并顯示水中已經(jīng)帶電，警示周圍行人切勿靠近；當水中帶電但未超出觸電閾值時，能夠顯示水中電位大小，以便工作人員能夠排除故障隱患，防止觸電事故發(fā)生。

3 應用效果

3.1 有效性驗證試驗平臺

搭建雨季積水帶電模擬試驗平臺，模擬5次行人積水觸電試驗，在積水試驗平臺上設置模擬假人，測試不同水深情況的假人觸電閾值，測試設備是否成功告警。測試結(jié)果如表1所示，可以看出，該試驗條件下，告警深度閾值為0.25 m，且設備成功告警。

表1 假人觸電的水深閾值及告警檢測

模擬觸發(fā)告警閾值時，電極深度和假人與電極的距離的關系。開展6次模擬，每次保持假人與電極的距離不變，為0.2 m，調(diào)節(jié)電極深度，恰好告警時的電極深度為電極閾值深度。如表2所示，假人與電極的距離為0.2 m，當電極深度達到0.1 m時便告警，說明人與電極的距離越小，越容易觸電。

表2 電極閾值深度

3.2 社會和經(jīng)濟效益

可以直接應用于變電站電力設備、電力電纜、配電裝置、充電站等地區(qū)的防積水觸電工作，提高雷雨天氣電力供應的安全性，有效保證電力運行人員和供電用戶的人身安全，減少觸電傷亡率，減少雨季電力系統(tǒng)供電中斷次數(shù)，提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，提升供電企業(yè)形象，減少電力供電引發(fā)的經(jīng)濟損失，具有十分重要的經(jīng)濟和社會效益。

4 結(jié)束語

本文研究了一種電力設施積水觸電智能防護裝置，通過技術手段防止積水觸電事故，具有2個創(chuàng)新點：（1）提高雷雨天氣電力供應的安全性，當高壓電設備附近存有積水帶電時發(fā)出報警警告路人并發(fā)送報警信息給管理人員，可以有效保證電力運行人員和電力客戶的人身安全，減少觸電傷亡率；（2）可以有效提高積水條件下電力設備的使用時間，降低積水引發(fā)的供電中斷事故，保證積水條件下電力供應安全，改善供電用戶的用電體驗。本裝置適用于低洼易積水路段路燈、變配電設施，可減少雨季電力系統(tǒng)供電中斷次數(shù)，提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，杜絕觸電人身傷亡事故，減少電力供電引發(fā)的經(jīng)濟損失。