紅外對射技術在臨時接地線閉鎖裝置中的應用

張紀偉，曹建梅，施亞林，戴昭

（1.濟南供電公司，山東濟南250012；2.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002）

紅外對射技術在臨時接地線閉鎖裝置中的應用

張紀偉1，曹建梅2，施亞林1，戴昭1

（1.濟南供電公司，山東濟南250012；2.國網山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002）

當前很多變電站防誤閉鎖裝置很難對臨時接地線進行有效管理，原因主要是臨時接地線信號未能有效采集，因此，通過對接地線的接地端加裝信號采集裝置有重要意義。論述了采用紅外對射技術拾取臨時接地線裝拆信號的優點，認為紅外對射技術有效采集了接地線裝拆信號，并進一步應用于計算機管理系統。

臨時接地線；紅外對射技術；閉鎖裝置

0 引言

隨著電力設施的發展，微機防誤技術在變電站中得到了廣泛應用，大多變電站也進行了技術改進，加裝或改造微機五防系統［1-2］。而五防系統一般不與計算機管理系統直接連接，從而容易造成事故隱患［3］。臨時接地線隸屬于五防管理系統，是保證電力工作人員人身安全的生命線，裝拆接地線的操作是電氣操作中危險性較大的操作，一旦發生事故將導致嚴重后果［4-5］。因此，如何提高現場接地線實時狀態的監控率，是一直在探索和解決的問題。

許多學者提出了關于臨時接地線的管理措施。張占龍等人提出的“變電站接地狀態電子管理顯示系統”，管理軟件根據液晶顯示（LCD）屏上接地標示牌給上和取下的狀態，自動統計現場已裝設接地線和接地開關的數量，顯示在發光二極管（LED）屏上，起到了顯示和提示作用［6］。張占龍等人還提出利用條形碼編碼識別、通用分組無線電業務（GPRS）無線傳輸、全球定位系統（GPS）衛星定位技術，建立了融合基礎數據管理、警示信號顯示、臨時接地線工具管理功能的管理平臺［7］。張海龍等人提出一種基于GSM網絡技術、單片機技術、自動控制技術和計算機技術于一體的研究方案，利用功能強大的軟件開發平臺，研發出一套可移動地線防誤管理系統。根據以上幾位學者的研究可以看出，人們在試圖拾取接地線的裝拆信號以達到防誤閉鎖的目的［8］。

基于對前人研究的深入分析，提出利用紅外對射技術拾取臨時接地線裝拆信號的方法，論述了該方法的有利條件，得出利用紅外對射技術可以有效拾取臨時接地線的裝拆信號，并能通過計算機進行有效地閉鎖控制。

1 臨時接地線閉鎖裝置

選取接地樁作為臨時接地線裝拆信號的拾取點，并加以改造。如圖1所示，在接地樁的中心位置安裝紅外對射裝置的發射管和接收管，形成紅外對射信號的拾取點。當臨時接地線的接地棒插入接地樁時，發射管與接收管之間的通路便被阻擋，此時對射裝置的信號線自動獲取到接地線已經插入。正常狀態時，發射管與接收管之間的通路暢通，便會得出接地線未插入的信號。利用此方法，很容易得到臨時接地線裝拆信號。

圖1 臨時接地線閉鎖裝置

1.1 臨時接地線閉鎖裝置的設計

紅外對射裝置采用的紅外對射傳感器型號為RAD20CM，該傳感器尺寸較小，適合現場設備的固定和安裝，在接地樁的中間兩端密封傳感器的發射極和接收極，當接地極插入接地樁后，其紅外感應裝置自動感應并產生接地線接地信號。該信號的提取是通過對射式光電開關拾取。接收和發射裝置的設計基于層次型軟硬件體系結構設計，將多個軟硬件層作為系統的基本構造元素，每個軟件層都支持上一個軟硬件層級，同時又對下一個軟硬件層級進行補充完善，形成層層疊加的拓撲結構，實現各層級之間的交互，對不同層級之間起到約束和規范作用。

1.2 臨時接地線閉鎖裝置的實現

電路主要由紅外對射發射電路、紅外對射接收電路、可編程邏輯順序處理電路、信號傳輸電路和電源電路組成。其中裝置內部設置多諧振蕩器，以保障電平的正常輸出。另外，就地可設置現場信號放大器以連接擴音器或蜂鳴器，當近距離有人員靠近該裝置時，產生告警，保障人員的人身安全。

1.3 臨時接地線閉鎖裝置的高電壓防護功能

接地極通常會釋放大量的電流，并伴隨瞬間高電壓，安裝在接地樁上的紅外裝置容易產生瞬間高電壓并損壞。因此，應當設置高電壓防護裝置［9］（圖2）。裝置利用法拉第等電位電籠的原理，在紅外裝置的傳感器外層包裹除引出線以外全封閉的等電位裝置，以有效保護紅外裝置免受高電壓的損壞。

圖2 高電壓防護裝置

2 信號傳輸過程

臨時接地線裝拆信號傳輸由接地裝置和SCADA系統及其傳輸通道組成，如圖3所示。接地線裝拆信號經紅外對射點拾取，通過通信通道傳輸至計算機服務器系統。該裝拆信號可經SCADA系統調用，這樣臨時接地線的裝拆信號可與開關等設備形成有效的防誤閉鎖機制。因此，該裝置可以有效的防止帶地線誤操作等惡性事故的發生。

圖3 臨時接地線裝拆信號傳輸過程

2.1 紅外信號傳輸模塊的設計

紅外信號發送傳輸模塊的微控制器單元采用CYGNAL公司生產的C8051F020單片機芯片［10］，芯片完全集成了單片機的混合信號處理系統。單片機將該串行信號以波長為950 nm的紅外光束發出，并轉換成低電平產生載波信號，該信號實行自動閉環校驗。校驗后的信號傳送至SCADA系統的上位機，上位機自動比對該信號與標準值之間的差別，以判斷傳感器上的檢測信號是否準確，當該信號對比不準確時，上位機自動下達校準指令，單片機進行重新采集，并進一步校驗，以達到確認信號的目的。當信號校驗準確，并核實無誤后，上位機產生接地線已插入的信號，并形成有效的防誤閉鎖信號。當接地極從接地樁拔出以后，紅外對射傳感器發現紅外信號，并產生高電平載波信號，進行自動校驗，上位機進一步核實信號的準確性，核實無誤后發出接地極已撥出的信號，解除閉鎖。

3 臨時接地線閉鎖裝置的優越性

節省投資。僅在原接地樁位置進行改善，無需外加設備和復雜的信號處理模塊，節省占地面積和投資。

工作效率提升。直接利用上位機進行操作，無需另加五防微機等操作裝置，減少操作步驟，節省操作時間，大幅提升了工作效率。

管理水平提高。利用綜合自動化系統對接地線的裝拆信號進行閉鎖管理，可使調度管理人員迅速掌握現場接地裝置的當前狀況，有效提高電網管理水平。

安全水平加強。利用該裝置，接地線有效閉鎖，防止了惡性事故的發生，運行、檢修人員的生命安全得到了保障。

4 結語

臨時地線閉鎖裝置實現了臨時地線的有效管理，并經SCADA系統調用，對臨時接地線的裝拆信號進行拾取，確保臨時接地線的有效管理，從而改變了涉及臨時接地線使用時操作步驟繁瑣的行業現狀，消除了人為疏忽造成的惡性事故隱患，大幅提升了臨時接地線的安全使用水平。

［1］艾抗，曹增功.無人值班變電站設計要求及應用［J］.山東電力技術，2005（5）：11-14.

［2］潘東明.臨時接地線管理系統在變電站的技術應用［J］.電子科技，2012，25（12）：125-126.

［3］閆風潔，李辛庚.電力接地網腐蝕與防護技術的進展［J］.山東電力技術，2007（1）：9-13.

［4］馬杰，李磊.基于故障信息的高阻接地故障辨識與定位方法［J］.電力系統保護與控制，2013，41（11）：74-78.

［5］張春旭，李明.外護套環流及接地不良對電力電纜的影響分析［J］.山東電力技術，2009（2）：6-9.

［6］張占龍.變電站接地狀態電子管理顯示系統［J］.電力系統自動化，2006，30（24）：88-90.

［7］張占龍.線路檢修及接地線狀態監視預警系統［J］.電力系統自動化，2009，33（16）：112-115.

［8］張海龍.配網中可移動地線防誤管理系統的研究［J］.低壓電器，2008（15）：33-41.

［9］粘來娥，黃同宇，吳萌萌.接地系統工程設計［J］.山東電力技術，2007（2）：63-68.

［10］王雪松，田慕琴，邢倩.紅外信號發送模塊設計及其在煤礦氣體傳感器調校中的應用［J］.工礦自動化，2012（7）：76-79.

Application of Infrared Technology in Temporary Grounding Wire Locking Device

At present，substation operation locking device is difficult to manage the temporary grounding wire.The main reason is that the temporary grounding signal has failed to be effectively collected.Therefore，the grounding end of the ground wire with signal acquisition device is important.This paper discusses the advantages of using infrared technology to pick up the signal of temporary grounding wire.It is told that infrared technology picks the signal of the grounding wire，and further be used in computer management system.

temporary grounding wire；infrared technology；locking device

TM862

：A

：1007－9904（2014）03－0044－02

2014-02-11

張紀偉（1983—），男，博士，工程師，從事電力生產及運營監測業務；曹建梅（1986—），女，碩士，從事電源技術工作；

施亞林（1968—），男，碩士，高級工程師，從事電力運營監測管理工作；

戴昭（1973—），男，碩士，高級工程師，從事電力生產及運營監測業務。