王 燁，項(xiàng)佩中

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 200122)

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一種應(yīng)用于電力短接地線的防誤操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 燁，項(xiàng)佩中

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 200122)

介紹了所設(shè)計(jì)的一種應(yīng)用于電力短接地線的防誤操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用單極天線電場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)掛接線路帶電狀態(tài)進(jìn)行非接觸式識(shí)別，并利用回路判別法對(duì)地線掛接狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠有效地識(shí)別到掛接線路的帶電狀態(tài)和線路接地狀態(tài)，可避免接地線在應(yīng)用過(guò)程中帶電掛接地線和帶接地線合閘的事故。

防誤操作；電場(chǎng)檢測(cè)；接地線；輸電線路

短路接地線是電力生產(chǎn)中最常用的安全用具之一，現(xiàn)有技術(shù)的接地線結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單。然而時(shí)至今日，掛接地操作導(dǎo)致的惡性誤操作事故(如帶電掛接地線和帶接地線合閘等事故)卻時(shí)有發(fā)生，這既造成嚴(yán)重設(shè)備損壞也造成極其嚴(yán)重的人身傷害。因此，有必要研制一種防誤操作模塊，以避免由接地線誤操作引起的電力事故的發(fā)生[1-4]。

本文開發(fā)了適用于接地線防誤操作模塊，整個(gè)系統(tǒng)由電場(chǎng)檢測(cè)電路和回路檢測(cè)電路組成，利用電場(chǎng)檢測(cè)電路對(duì)電器設(shè)備附近電場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度高于一定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，提醒操作人員電氣設(shè)備帶電，從而避免帶電掛接地線惡性事故的發(fā)生；利用回路檢測(cè)電路對(duì)接地線拆除過(guò)程中接地線是否為“最后一根”進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)存在多跟接地線時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的警示信息，直至最后一根接地線，從而防止漏拆接地線引起的帶接地線合閘送電事故。

1 防誤操作接地模塊系統(tǒng)方案

系統(tǒng)采用單極天線電場(chǎng)檢測(cè)和回路檢測(cè)技術(shù)對(duì)線路的帶電狀態(tài)和接地線拆卸過(guò)程中是否存在接地線進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)根據(jù)天線所接收信號(hào)的強(qiáng)度判斷所測(cè)電路的帶電狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路帶電時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示運(yùn)維人員注意安全。當(dāng)電力線檢修結(jié)束拆除地線時(shí)，應(yīng)用本系統(tǒng)搭接被試線路，可根據(jù)回路法判斷線路上是否仍接有地線，避免帶地線合閘事故的發(fā)生。防誤操作模塊系統(tǒng)示意圖如圖1所示。根據(jù)圖1的系統(tǒng)方案，在系統(tǒng)的帶電報(bào)警電路中還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自檢電路，線路帶電報(bào)警模塊電路原理如圖2所示。

圖1 防誤操作模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 線路帶電報(bào)警模塊電路原理圖

系統(tǒng)包括線路帶電報(bào)警和接地狀態(tài)判定兩個(gè)功能模塊，兩個(gè)模塊相互獨(dú)立工作。對(duì)于防誤報(bào)警電路，系統(tǒng)采用單級(jí)天線感應(yīng)模塊周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)預(yù)警要求對(duì)天線采集得到的工頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，當(dāng)信號(hào)達(dá)到一定程度時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，提示使用者已進(jìn)入高壓帶電區(qū)域；對(duì)于接地線掛接狀態(tài)判別電路，為避免極端條件下接觸不良導(dǎo)致的誤判問(wèn)題，系統(tǒng)對(duì)紐扣電池供電電源進(jìn)行了升壓處理，根據(jù)需求可以將電源電壓升高至5 V或12 V，以提高接地線掛接狀態(tài)判別電路的驅(qū)動(dòng)能力，確保判別電路工作可靠性。

2 帶電檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

對(duì)于帶電檢測(cè)模塊來(lái)講，當(dāng)模塊周圍電場(chǎng)很弱(即基本處于零電位)時(shí)，通過(guò)放電電路得到的交流電壓信號(hào)也基本為零，此時(shí)通過(guò)電阻R1和R2分壓所得到的三極管Q1基極輸入電壓為電源電壓VCC的一半，這不足于驅(qū)動(dòng)三極管Q1，此時(shí)三極管的發(fā)射極電壓為零，經(jīng)過(guò)4011A和4011B與非門輸出的電平為低電平，無(wú)法驅(qū)動(dòng)Q2，此時(shí)喇叭不響，同時(shí)輸入到4011C的2號(hào)管腳電平也為低電平，3號(hào)腳輸出電平為高電平，經(jīng)4011D后輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，無(wú)法驅(qū)動(dòng)Q3，此時(shí)發(fā)光二極管D1不發(fā)光。由此可見(jiàn)，模塊處于零電場(chǎng)時(shí)，不發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。當(dāng)模塊周圍電場(chǎng)信號(hào)變大時(shí)，通過(guò)放電電路得到的交流電壓信號(hào)也變大，此時(shí)輸入信號(hào)電壓與線路交流電壓同頻。由于輸入的信號(hào)為交流信號(hào)，當(dāng)電壓信號(hào)處于正半周時(shí)，使通過(guò)電阻R1和R2分壓所得到的三極管Q1基極輸入電壓信號(hào)抬高，并隨著輸入端信號(hào)的變大而變高，從而阻止三極管Q1的導(dǎo)通，使系統(tǒng)處于不報(bào)警狀態(tài)。然而當(dāng)輸入電壓信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，使通過(guò)電阻R1和R2分壓所得到的三極管Q1基極輸入電壓信號(hào)變小，并隨著輸入端信號(hào)的變大而變低，從而促使三極管Q1的導(dǎo)通，此時(shí)三極管Q1的發(fā)射極電平信號(hào)為高電平，通過(guò)R4和C1組成的低通濾波電路對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行濾波，增加系統(tǒng)對(duì)外界高頻信號(hào)的抗干擾能力，經(jīng)過(guò)4011A和4011B與非門輸出的電平為高電平，驅(qū)動(dòng)Q2，此時(shí)喇叭發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)輸入到4011C的2號(hào)管腳電平也為高電平，3號(hào)腳輸出電平為低電平，經(jīng)4011D后輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，?qū)動(dòng)Q3，此時(shí)發(fā)光二極管D1發(fā)光，同時(shí)利用R8、R9、C3、4011C和4011D組成的振蕩電路使發(fā)光二極管發(fā)出閃爍的燈光。由此可見(jiàn)，模塊處于高的交流電場(chǎng)時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。此外，該模塊系統(tǒng)還具有自檢功能，利用開關(guān)S1進(jìn)行控制，當(dāng)開關(guān)S1閉合時(shí)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)Q1，使Q1導(dǎo)通，此時(shí)三極管Q1的發(fā)射極電平信號(hào)為高電平，經(jīng)過(guò)4011A和4011B與非門輸出的電平為高電平，驅(qū)動(dòng)Q2，此時(shí)喇叭發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)輸入到4011C的2號(hào)管腳電平也為高電平，3號(hào)腳輸出電平為低電平，經(jīng)4011D后輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，?qū)動(dòng)Q3，此時(shí)發(fā)光二極管D1發(fā)光，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警電路的自檢。

3 回路檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

對(duì)于接地線檢測(cè)的原理如圖3所示。從圖3可以看出，利用接地線檢測(cè)模塊的金屬接觸端和線路進(jìn)行接觸，當(dāng)該線路還掛有其他接地線時(shí)，此時(shí)接地檢測(cè)單元電路和該接地線構(gòu)成了回路，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，反之無(wú)接地線，系統(tǒng)將不發(fā)出相應(yīng)的告警信息，這說(shuō)明此接地線為最后一根接地線，從而起到防止帶接地線合閘引起的電力事故的目的。

圖3 回路法接地線檢測(cè)原理圖

為了提高系統(tǒng)的可靠性，避免操作過(guò)程中接觸不良導(dǎo)致的誤判問(wèn)題，系統(tǒng)對(duì)紐扣電池供電電源進(jìn)行了升壓處理，根據(jù)需求可以將電源電壓升高至5 V或12 V，以提高接地線掛接狀態(tài)判別電路的驅(qū)動(dòng)能力，確保判別電路工作可靠性，整個(gè)電路如圖4所示。整個(gè)升壓電路由升壓芯片SP6641、電容C1和C2、電阻R1、電感L1器件共同構(gòu)成，利用SP6641芯片形成的斬波電路將紐扣電池提供的3 V電壓升高至5 V或12 V，以增加接地線掛接狀態(tài)判別電路的驅(qū)動(dòng)能力。利用系統(tǒng)接觸端H3搭接至線路上時(shí)，當(dāng)被檢測(cè)線路存在接地線時(shí)，此時(shí)電路通過(guò)檢測(cè)裝置的接地線路、其他接地線路和大地構(gòu)成回路，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D1和喇叭，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)不存在其他接地線時(shí)，系統(tǒng)不構(gòu)成回路，此時(shí)系統(tǒng)中的光二極管D1和喇叭不發(fā)出報(bào)警信息。

圖4 線路接地狀態(tài)模塊電路原理圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)中采用2032電池供電，設(shè)備內(nèi)置單極天線，外置柔性彈簧探測(cè)觸頭以供搭接電力線路。天線信號(hào)的放大倍數(shù)與被試電力線路的電壓等級(jí)和報(bào)警距離有關(guān)，本文試制了防誤接地報(bào)警模塊的樣機(jī)，在距離0.8 m處對(duì)10 kV帶電線路進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，得到天線信號(hào)電壓波形(見(jiàn)圖5)。

圖5 距10 kV線路0.8 m處天線信號(hào)測(cè)量結(jié)果

從圖5的測(cè)量結(jié)果中看出，天線對(duì)帶電線路直接測(cè)量得到的信號(hào)電壓幅值約為140 mV，將該信號(hào)放大至1.3 V，以驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路路中的報(bào)警燈和蜂鳴器。

利用試制的樣機(jī)，配合接地夾頭，在實(shí)際檢修過(guò)程中對(duì)分閘前線路帶電狀態(tài)及直接搭接接地體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，10 kV電纜帶電狀態(tài)下，手持接地桿在距離電纜1 m左右，接地報(bào)警模塊即開始工作，樣機(jī)紅燈亮且蜂鳴器發(fā)出急促斷續(xù)聲，提示電纜帶電。將樣機(jī)探測(cè)觸頭直接搭接在接地體上，構(gòu)成接地回路，此時(shí)樣機(jī)藍(lán)燈亮且蜂鳴器發(fā)出連續(xù)聲，提示被試設(shè)備接地。因此，試制的樣機(jī)工作正常，能夠有效檢測(cè)被試設(shè)備或電纜的帶電狀態(tài)和接地狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)單極天線電場(chǎng)檢測(cè)和回路檢測(cè)技術(shù)所開發(fā)的適用于接地線的防誤操作模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸地測(cè)試設(shè)備的帶電情況和被檢測(cè)設(shè)備的接地狀態(tài)，有效地避免了由接地線誤操作(如帶電掛接地線和帶接地線合閘)引起的電力事故。此外，試制的樣機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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(本文編輯：楊林青)

Design of an Error-Proofing Operation System Applied to Short Grounding Wire

WANG Ye, XIANG Pei-zhong

(Urban Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 200122, China)

This paper introduces the design of an error-proofing operation system applied to short grounding wire. This system adopts the monopole antenna electric field detection technology for non-contact identification of the charged state of the connected line, and uses the loop method for the identification of grounding wiring state. Experiment shows that the system can effectively identify the charged state and grounding state of the wire, and avoid the switch-off failures of the grounding wire in the application.

error-proofing operation; electric field detection; grounding wire; transmission line

10.11973/dlyny201605027

王 燁(1989)，女，助理工程師，從事配網(wǎng)改造工作。

TM862

B

2095-1256(2016)05-0649-03

2016-08-29