高壓試驗場紅外電子圍欄設計

蔣京辰

（重慶市送變電工程有限公司，重慶，400000）

0 引言

電力生產中，高壓試驗是高壓設備在運行維護中一項極其重要的工作，也是保證相關變電設備安全穩定的必要措施。在進行高壓試驗時，一旦有不相關人員誤入和異物入侵的情況，極易發生嚴重安全事故，因此必須采取有效的防護措施，確定高壓試驗人員和設備安全。

1 高壓試驗安全防護現狀

變電站建設和投運前，需要進行大量的高壓試驗，主要包括主變試驗、GIS組合電器試驗、電流互感器試驗、電容式電壓互感器試驗、電壓互感器試驗、避雷器試驗、耦合電容器試驗、所用變壓器試驗、電抗器試驗、隔離開關試驗、絕緣子試驗、電容器試驗、高壓電纜試驗、接地裝置接地電阻試驗、電力阻波器試驗。

完成這些高壓試驗持續時間長，需要耗時幾個月。試驗期間變電站仍處建設期，試驗人員和周邊人員較多。隨著高壓試驗次數的增多，高壓試驗的不穩定性和不可預料性越來越嚴重。在進行高壓試驗時，試驗設備上的電壓通常是正常運行電壓的很多倍，由于偶有人員疏忽或特殊原因誤入帶電區域，由此產生的事故現象時有發生，嚴重威脅著工作人員的人生安全，同時對試驗場合安全穩定運行產生了極大的影響。因此防護圍欄是高壓試驗場必不可少的安全防護工具，在安全技術措施中起到全方位的防護作用。

高壓試驗場是典型的高危區。為防止高壓觸電帶來的人身和設備危害，通常采用安全圍欄繩和警示標志，但仍然存在很大的安全隱患，如果有人安全意識不夠或誤闖入禁區，后果不堪設想。因此，有一套能從本質上保證從業人員或非專業人員安全的防護設備很有必要。可以在常規圍欄外增設電子圍欄，提高高壓試驗的安全穩定性。在高壓試驗的過程中，當有人誤入警戒區域時，配套的警示設備能及時地報警，警示相關人員遠離試驗場所的危險區域。在必要時刻切斷電源，防止事故的發生。

2 高壓試驗中存在的安全問題

高壓試驗種類一般根據試驗時施加的電源類型來進行劃分，具體可以分為：交流高電壓試驗、直流高電壓試驗、沖擊電壓和電流試驗、局部放電試驗等。

(1)交流高電壓試驗

對于電力系統中的電氣設備而言，其在工作中的絕緣穩定性至關重要。但其不僅要承受工作過程中的高壓，還要考慮外來大氣過電壓和設備自身內部過電壓的影響。為了檢測設備的絕緣強度，設備在出廠前一般要進行交流高壓耐壓試驗來保證其絕緣穩定性，以避免不必要的損失。

(2)直流高電壓試驗

電力設備經常需要進行直流高壓下的絕緣性測量，尤其對于某些電力電纜，通常用直流高壓試驗來替代交流高電壓試驗。直流高電壓試驗主要用于檢測大氣中的暫態高壓和大電流，是高電壓試驗技術中至關重要的一種手段，為設備的安全穩定運行打下堅實的基礎。

(3)沖擊電壓和電流試驗

沖擊試驗是為了檢測設備的絕緣強度能否承受住全電壓或操作過電壓的沖擊，常用的沖擊試驗分為雷電沖擊和操作沖擊。具體沖擊試驗的方法有：球隙法、光電測量法、分壓器-示波器法等，沖擊試驗能作為設備在大氣中抵抗雷電能力的標志。

(4)局部放電試驗

電氣設備內部常存在一些小的氣泡或氣隙等，由于這些缺陷部分的電介質比設備自身要小，當施加外電壓時，該部分會首先放電而形成局部放電。盡管局部放電的電壓很小，但在長時間的作用下也會使設備出現絕緣老化，故局部放電試驗的進行是很有必要的。

3 安全圍欄比較

電子圍欄的發展已經日新月異，大量高科技技術的出現使得電子圍欄不斷地在進行進步與完善。電子圍欄最早就是由帶電的鐵網構成，其主要被安裝在監獄中來保障監獄的安全。20世紀末期發明了脈沖式電子圍欄，其主要由前置圍欄和脈沖信號發射機構成。它的作用機理是：通電后脈沖發射機會分別產生陽極脈沖和陰極脈沖到前置的圍欄，當有回路在前端圍欄產生后，其會把脈沖返還到脈沖發射機的發射口。一旦有外物入侵，圍欄的金屬導線將會被弄斷，由此電路將會斷開而產生報警。盡管低能量的脈沖電擊不會讓人死亡，但是極大概率會對人造成身體和精神上的損傷。在這之后，能進行高低壓模式切換的電子圍欄出現在市場上并得到了應用，但安全問題還是沒有得到徹底的解決。

表1 主要周界安防措施比較

最近幾年，一種張力式電子圍欄橫空出世。此電子圍欄通過判斷圍欄上是否有張力的改變來確定入侵，但其無法準確區分張力索的拉伸、松弛狀態，同時張力索的狀態會影響圍欄的判斷。

為了應對形勢發展需要，紅外電子圍欄應運而生。紅外電子圍欄解決了高壓脈沖的安全穩定問題。紅外對射產品的工作原理基礎是發射端發射紅外信號并被接收端接收，只要有紅外光束被阻擋，其都會發生報警。根據四種安防措施比較，選擇的紅外對射方案。在高壓試驗場合中，紅外電子圍欄成本較低，安裝方便，無疑是一種理想的選擇。

4 紅外對射電子圍欄設計

根據四種安防措施比較，選擇成本較低，安裝方便的紅外對射方案。紅外對射方案如圖1所示.對射探頭由一個發射端和一個接收端組成。發射端發射經調制后的兩束紅外線，這兩條紅外線構成了探頭的保護區域。如果有人企圖跨越被保護區域，則兩條紅外線被同時遮擋，接收端輸出報警信號，觸發報警主機報警。如果有飛禽飛過被保護區域，由于其體積小于被保護區域，僅能遮擋一條紅外射線，則發射端認為正常，不向報警主機報警。新型安全圍欄通過準確可靠的感應、聲光警示和后臺調動功能，將圍欄的防護功能由“被動”變為“主動”，實現良好的監管作用。

圖1 紅外對射方案示意圖

紅外信號的發射部分是紅外對射的重要組成部分，也是整個報警系統中必不可少的一環。在紅外發射機中，采用555定時器構成的多諧振蕩電路產生的矩形脈沖波作為電源，采用晶體管和集成電路作為電壓信號處理部分，同時將紅外發光二極管作為發射光源。

與紅外發射部分類似，紅外信號接收部分也是不可或缺的，一個合理的紅外信號接收電路應該包括信號的采集、放大、整合等。在紅外信號被接收處理后，還需要根據實際情況進行警示判斷。在紅外接收電路中，選用一個光敏二極管作為紅外信號的接收裝置，利用三極管構建共基極放大電路，之后接一個單穩態觸發器，此單穩態觸發器是作為信號燈和警鈴的信號源。

整個紅外對射裝置具有重量輕、體積小、易于攜帶的優點，同時其額定功率很低，具有很強的抗干擾能力。紅外發射機在多諧振蕩電路的驅動下會發出一定頻率的紅外光線，此光線在特殊的光聚焦透鏡的處理后可以傳送很遠的距離。正常情況下紅外接收機能接收到此光線而不會報警。若有人或物體入侵阻擋了紅外光的傳播，則紅外接收機不能順利接收到信號，所以會產生報警。

圖2 紅外對射系統控制原理圖

紅外發射器之間的紅外信號通過紅外傳感器輸出電壓信號，經信號放大電路放大后進入信號處理系統，經處理后的信號通過A/D數模轉換成數字信號，再由微控制器一方面傳輸至聲光報警系統進行報警判定。在實際生產生活中，高壓試驗場的電子圍欄不僅要在事發現場實現報警，還要能將報警信息遠程傳輸至控制室，以便工作人員及時做出反應，對是否切斷電源做出判斷，故需要在信號與警示電路后增加一個遠程信號傳輸電路。此電路構成如下：同相比例放大器、多諧振蕩器、CD4046構成的調制電路、CD4046構成的解調電路。

在具體的安裝中，首先應該對高壓試驗場的地理位置和環境做出合理的勘探，然后根據高壓試驗的種類和安全注意事項對危險警戒區域做出劃分，據此可以設計出常規性的防護圍欄，在常規性圍欄的基礎上增加紅外對射。同時注意紅外對射裝置的安裝角度，確保紅外對射正常進行。

5 結束語

本文分析了高壓試驗中存在的安全問題，提出了紅外對射電子圍欄防護系統方案。按照本方案設計的安全電子圍欄，安裝方便，成本低，可以大幅提升高壓試驗的安全性。但在實際的開發與應用中，應該充分考慮設備的成本與可靠性問題。在試驗場所更加復雜、場地較大和人員進出密集的情況下，還可以輔以視頻監控等手段，確保試驗的安全性。