一種應用于電力短接地線的防誤操作系統設計

王 燁，項佩中

(國網上海市電力公司市區供電公司，上海 200122)

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一種應用于電力短接地線的防誤操作系統設計

王 燁，項佩中

(國網上海市電力公司市區供電公司，上海 200122)

介紹了所設計的一種應用于電力短接地線的防誤操作系統，該系統采用單極天線電場檢測技術對掛接線路帶電狀態進行非接觸式識別，并利用回路判別法對地線掛接狀態進行識別。試驗表明，該系統能夠有效地識別到掛接線路的帶電狀態和線路接地狀態，可避免接地線在應用過程中帶電掛接地線和帶接地線合閘的事故。

防誤操作；電場檢測；接地線；輸電線路

短路接地線是電力生產中最常用的安全用具之一，現有技術的接地線結構十分簡單。然而時至今日，掛接地操作導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)卻時有發生，這既造成嚴重設備損壞也造成極其嚴重的人身傷害。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生[1-4]。

本文開發了適用于接地線防誤操作模塊，整個系統由電場檢測電路和回路檢測電路組成，利用電場檢測電路對電器設備附近電場進行檢測，當電場強度高于一定值時，系統發出報警信息，提醒操作人員電氣設備帶電，從而避免帶電掛接地線惡性事故的發生；利用回路檢測電路對接地線拆除過程中接地線是否為“最后一根”進行檢測，當存在多跟接地線時，系統發出相應的警示信息，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方案

系統采用單極天線電場檢測和回路檢測技術對線路的帶電狀態和接地線拆卸過程中是否存在接地線進行檢測，系統根據天線所接收信號的強度判斷所測電路的帶電狀態，當發現線路帶電時，系統發出聲光報警信號，提示運維人員注意安全。當電力線檢修結束拆除地線時，應用本系統搭接被試線路，可根據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生。防誤操作模塊系統示意圖如圖1所示。根據圖1的系統方案，在系統的帶電報警電路中還設計了相應的自檢電路，線路帶電報警模塊電路原理如圖2所示。

圖1 防誤操作模塊系統結構框圖

圖2 線路帶電報警模塊電路原理圖

系統包括線路帶電報警和接地狀態判定兩個功能模塊，兩個模塊相互獨立工作。對于防誤報警電路，系統采用單級天線感應模塊周圍的電場強度，根據預警要求對天線采集得到的工頻信號進行放大和濾波，當信號達到一定程度時驅動發光二極管和蜂鳴器進行聲光報警，提示使用者已進入高壓帶電區域；對于接地線掛接狀態判別電路，為避免極端條件下接觸不良導致的誤判問題，系統對紐扣電池供電電源進行了升壓處理，根據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判別電路的驅動能力，確保判別電路工作可靠性。

2 帶電檢測電路設計

對于帶電檢測模塊來講，當模塊周圍電場很弱(即基本處于零電位)時，通過放電電路得到的交流電壓信號也基本為零，此時通過電阻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，這不足于驅動三極管Q1，此時三極管的發射極電壓為零，經過4011A和4011B與非門輸出的電平為低電平，無法驅動Q2，此時喇叭不響，同時輸入到4011C的2號管腳電平也為低電平，3號腳輸出電平為高電平，經4011D后輸出信號變為低電平，無法驅動Q3，此時發光二極管D1不發光。由此可見，模塊處于零電場時，不發出相應的報警信息。當模塊周圍電場信號變大時，通過放電電路得到的交流電壓信號也變大，此時輸入信號電壓與線路交流電壓同頻。由于輸入的信號為交流信號，當電壓信號處于正半周時，使通過電阻R1和R2分壓所得到的三極管Q1基極輸入電壓信號抬高，并隨著輸入端信號的變大而變高，從而阻止三極管Q1的導通，使系統處于不報警狀態。然而當輸入電壓信號處于負半周時，使通過電阻R1和R2分壓所得到的三極管Q1基極輸入電壓信號變小，并隨著輸入端信號的變大而變低，從而促使三極管Q1的導通，此時三極管Q1的發射極電平信號為高電平，通過R4和C1組成的低通濾波電路對高頻信號進行濾波，增加系統對外界高頻信號的抗干擾能力，經過4011A和4011B與非門輸出的電平為高電平，驅動Q2，此時喇叭發出報警聲音，同時輸入到4011C的2號管腳電平也為高電平，3號腳輸出電平為低電平，經4011D后輸出信號變為高電平，驅動Q3，此時發光二極管D1發光，同時利用R8、R9、C3、4011C和4011D組成的振蕩電路使發光二極管發出閃爍的燈光。由此可見，模塊處于高的交流電場時，發出相應的報警信息。此外，該模塊系統還具有自檢功能，利用開關S1進行控制，當開關S1閉合時，此時驅動Q1，使Q1導通，此時三極管Q1的發射極電平信號為高電平，經過4011A和4011B與非門輸出的電平為高電平，驅動Q2，此時喇叭發出報警聲音，同時輸入到4011C的2號管腳電平也為高電平，3號腳輸出電平為低電平，經4011D后輸出信號變為高電平，驅動Q3，此時發光二極管D1發光，由此實現對報警電路的自檢。

3 回路檢測電路設計

對于接地線檢測的原理如圖3所示。從圖3可以看出，利用接地線檢測模塊的金屬接觸端和線路進行接觸，當該線路還掛有其他接地線時，此時接地檢測單元電路和該接地線構成了回路，發出相應的報警信息，反之無接地線，系統將不發出相應的告警信息，這說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 回路法接地線檢測原理圖

為了提高系統的可靠性，避免操作過程中接觸不良導致的誤判問題，系統對紐扣電池供電電源進行了升壓處理，根據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判別電路的驅動能力，確保判別電路工作可靠性，整個電路如圖4所示。整個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判別電路的驅動能力。利用系統接觸端H3搭接至線路上時，當被檢測線路存在接地線時，此時電路通過檢測裝置的接地線路、其他接地線路和大地構成回路，驅動發光二極管D1和喇叭，發出報警信號，當不存在其他接地線時，系統不構成回路，此時系統中的光二極管D1和喇叭不發出報警信息。

圖4 線路接地狀態模塊電路原理圖

4 系統測試

系統中采用2032電池供電，設備內置單極天線，外置柔性彈簧探測觸頭以供搭接電力線路。天線信號的放大倍數與被試電力線路的電壓等級和報警距離有關，本文試制了防誤接地報警模塊的樣機，在距離0.8 m處對10 kV帶電線路進行了實際測量，得到天線信號電壓波形(見圖5)。

圖5 距10 kV線路0.8 m處天線信號測量結果

從圖5的測量結果中看出，天線對帶電線路直接測量得到的信號電壓幅值約為140 mV，將該信號放大至1.3 V，以驅動報警電路路中的報警燈和蜂鳴器。

利用試制的樣機，配合接地夾頭，在實際檢修過程中對分閘前線路帶電狀態及直接搭接接地體進行了現場測試。現場測試中，10 kV電纜帶電狀態下，手持接地桿在距離電纜1 m左右，接地報警模塊即開始工作，樣機紅燈亮且蜂鳴器發出急促斷續聲，提示電纜帶電。將樣機探測觸頭直接搭接在接地體上，構成接地回路，此時樣機藍燈亮且蜂鳴器發出連續聲，提示被試設備接地。因此，試制的樣機工作正常，能夠有效檢測被試設備或電纜的帶電狀態和接地狀態。

5 結語

根據單極天線電場檢測和回路檢測技術所開發的適用于接地線的防誤操作模塊，能夠實現非接觸地測試設備的帶電情況和被檢測設備的接地狀態，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，試制的樣機具有體積小、結構簡單、成本低廉、工作穩定性強等特點，具有廣泛的應用前景。

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ZHANG Zhan-long, LI De-wen, GUO Xiang-shu, et al. A monitoring and warning system for transmission network maintenance and grounding line working conditions[J]. Automation of Electric Power Systems,2009,33(16):112-115.

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LIN Yong-jun, WU Yun-long, LIU Wei-liang, et al. Research and implementation of temporary grounding wire integrated management system[J]．Electrical Measurement & Instrumentation，2015，52( 23)：10 5-110．

(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，從事配網改造工作。

TM862

B

2095-1256(2016)05-0649-03

2016-08-29