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(zhuǎn)換成低電壓(電流)的電力設(shè)備，在電力系統(tǒng)中常用于測量、保護(hù)裝置中，其中對計量用高壓互感器進(jìn)行首檢檢定和周期檢定是保證計量準(zhǔn)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(zhì)監(jiān)局授權(quán)，承擔(dān)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(dá)42kV，且檢定時，升壓器、標(biāo)準(zhǔn)互感器、待檢互感器的一次側(cè)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(jìn)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(hù)，有一扇可以隨意進(jìn)出的門。在檢定時，人員復(fù)雜，難免有不具備安全觀念的送檢人員在設(shè)備帶電的情況下，試圖進(jìn)入高壓帶電區(qū)域，這是高壓互感器室內(nèi)校驗面臨的嚴(yán)重安全隱患。因此，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本文提出了一種安全防護(hù)裝置的研制，使現(xiàn)場安全防護(hù)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(hù)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(gòu)成，其中，電磁系統(tǒng)作為該裝置的主保護(hù)系統(tǒng)，主要功能是阻止現(xiàn)場人員進(jìn)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(hù)，當(dāng)帶電區(qū)域有人員進(jìn)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(yīng)，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(yīng)，將工作電源全部切斷。

2　電磁系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(shè)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(qū)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(qū)動鎖體內(nèi)機械結(jié)構(gòu)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(qū)動發(fā)出報警信號。

2.3　開關(guān)電源

開關(guān)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(guān)電源交流側(cè)直接連接到互感器校驗裝置電源總開關(guān)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(zhuǎn)換為12V直流電，供電氣閉鎖系統(tǒng)使用。開關(guān)電源的原理如圖4所示。

圖4　開關(guān)電源原理圖

3　傳感系統(tǒng)設(shè)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(hù)作用，在電磁系統(tǒng)失靈或外力強行破壞進(jìn)出門進(jìn)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(hù)光幕[4]，當(dāng)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(jié)構(gòu)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(yīng)的受光器接收，形成一個光路保護(hù)網(wǎng)，當(dāng)有物體進(jìn)入保護(hù)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(jié)構(gòu)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(fù)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(jìn)入則光路恢復(fù)通暢，控制信號恢復(fù)正常，繼電器又恢復(fù)導(dǎo)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(fù)位，電平恢復(fù)為高電平，繼電器變?yōu)閷?dǎo)通狀態(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(yīng)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(dǎo)通。當(dāng)檢定區(qū)域進(jìn)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(yīng)，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(jié)構(gòu)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(jìn)出門，檢定設(shè)備由平板車進(jìn)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(jìn)出。因此，綜合電磁系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，將電氣閉鎖的鎖體放在門關(guān)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(jìn)出門的左右兩側(cè)。當(dāng)進(jìn)出門被打開后，傳感系統(tǒng)及時響應(yīng)，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(jié)

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(yīng)，將進(jìn)出檢定區(qū)域的機械門閉鎖，防止現(xiàn)場人員進(jìn)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(jìn)出門進(jìn)入高壓區(qū)域，安全裝置中加入了后備保護(hù)系統(tǒng)，及時檢測到闖入情況的發(fā)生，快速響應(yīng)，及時將高壓區(qū)域內(nèi)回路電源切斷。通過該雙重保護(hù)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(xiàn)：

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