变电站带电作业新安全隔离器具设计与应用

潘峰　蔡戎　胡学刚

【摘 要】变电站是电力设备集中运行的场所，各个带电设备之间距离是按照最经济运行模式设计，空间比较狭小，对在变电站中带电作业影响很大，稍有不慎就会发生触电事故。现基于激光定位原理，设计一种自动声光报警隔离装置。当工作中超出安全距离，装置会自动报警，提醒工作人员远离带电设备，避免触电风险。

【关键词】带电作业；激光；声光报警

引言

变电站在运行多年后，由于设备运行状态的变化或者整个供电区域用户负荷容量的变化，要进行检修或者扩建，而带电作业是检修业务中不可或缺的一个部分。当进行上述检修或者扩建工作时，为保证重要供电用户供电和普通用户供电连续，常态情况下周边带电设备一般不允许停电。因此工作区域被限制在一个狭小的安全范围内，导致现场需要一种保证人身、设备对带电设备的安全距离的设备。传统的方式是通过地面隔离围栏和人员监督相结合的方式，保证检修或扩建人员在安全区域内工作。传统的安全隔离设备由于结构上固有的限制，导致其高度只能在1.5m以下；监督人员受人数和素质的限制，不可能面面俱到。新型式的安全隔离设备通过激光精确的定位功能，可以有效的在工作区域隔离出一个安全范围。通过光电触发的原理，构成一个自动声光报警的装置，提醒工作和监督人员出现的紧急情况，避免触电事故的发生。

1传统隔离方式

变电站内带电设备和不带电设备间传统的隔离方式主要是绝缘遮拦和安全围栏。传统的围栏通过空间绝对隔离的方式，能把人体和器具限制在工作安全的一边，但是其标准高度一般为1.2m。通过标准化制造、组装连接成一片，通过立在地面上的自重和自身稳定性的固定方式维持结构上的稳定。传统的方式由于自身结构的原因，制造高度过高会无法满足其自身稳定性的要求。而由于传统固定方式的缺陷，不能再脱离地面固定的方式下组合安装。如下图一和图二：

2新隔离围栏设计

2.1设计思想

解决传统围栏固定方式依赖地面，组合方式单一，隔离空间受高度限制，需要多人共同监督的问题。

2.2设计方案

2.2.1功能方案

基于激光原理，结合声光报警技术，设计一个自动电路，来实现下述功能：①能够适应中雨及以下，大雾等天气状况②能够在轻微晃动或大风的条件下维持自身隔离系统的稳定性，不能错误发警报信息③电路应有自检功能④电路应有声光报警功能

2.2.2机械和电路设计方案

2.2.2.1机械部分设计方案

设计组合杆，通过高度上的叠加解决高度问题；通过顶部设计水平尺和电气接点，底部设计垂直校准，连接采用螺纹加螺旋套筒精度解决高度上的准直问题；通过设计光学棱镜，解决晃动中激光无法对准的问题；通过设计挂点，解决底层物理上的隔离问题。

2.2.2.2

电路部分设计方案

通过设计环形水平仪，将中心圆圈线用金属线，并隔开成若干小段，形成电气接点，判断立杆是否处于水平或者垂直位置，控制住高度偏差；通过光触发器件产生电流，形成闭环回路，当被遮断时，自动开路；光触发形成的逻辑是与逻辑，电路也应是与电路，并用单片机完成自检功能；

2.3初步设计图

2.3.1机械设计图

2.3.2机械设计图说明

①立柱采用空心圆柱形状，厚度为5mm；使用绝缘材料制作，主要成分使用环氧树脂，保证整体强度满足立柱高度不断升高的要求，以免过高的情况下弯折或者偏心度大于千分之一；使用绝缘材料还可以在周边设备带电的情况下，避免产生的感应电；立柱顶端或底端接头部位采用连续螺纹，长度大约100-150mm，以供专用接头对接增长使用；专用接头采用空心三通状，使用普通的铁质材料，长度约230-330mm，内部使用反螺纹，以供与立柱螺纹紧密配合；接头螺纹长度分为上、下、中三部分，长度分别为100-150mm，和立柱螺纹同样长度，以达到紧密配合。②立柱上面每隔约100mm开孔，孔径约10mm，孔径成双列，双列之间成90度角度；孔眼上面装有透镜，其中光源立柱装平面镜，光触发立柱装凹透镜。③立柱内部装有固定光源和光触发原件的架子，架子的格子距离和孔距相对应，以满足光源发射和光触发接收的功能。④立柱上装有水平仪和垂直仪，水平仪主要是用来校准立柱顶部是否水平，以免立柱在不断增高的过程中偏心度过大，导致激光对准的精度无法满足要求，水平仪装有电气接点，不满足要求时可以可向微机装置发出信号；垂直仪是用来校准立柱的垂直度，当立柱不满足垂直度的要求时，根据垂直仪的显示对立柱进行相应调整。⑤安装与立柱尺寸相适应的底座，底座采用模块化设计，配重块能进行组装，组装后的底座重量需能满足立柱叠加后重心变化幅度对稳定性的要求，以保证整体重心在底座内，以免立柱倾覆；底座使用质量比较大的材料，底座上平面应带有四边调整功能，在四个角使用全丝扣螺杆支撑和固定，以调整立柱满足垂直度的要求，中间应有与立柱配套的内螺纹，以固定

立柱。

2.3.3電气设计图

2.3.4电气设计图说明

①光源原件采用自带电池供电，电池应为可更换重复充电电池；电池采用模块化组装，增加电池容量和便于更换；电池对光源原件采用外供电方式，不装设在立柱内，采用密封移动模块盒外插供电方式；光源发出的光为激光，一般为红色。②光触发原件采用光电二极管，被激光触发会形成光电流；光电二极管应对自然光不敏感，自然光无法触发光电流；光电二极管安装在立柱内，立柱孔上有凹透镜，可聚光，防止立柱抖动时无法触发光电二极管；光电二极管在电路上连接为串联方式，当最少有一个二极管不被触发时，电路形成开路。③光电隔离器主要是将两个不同源的电路隔离开，以免相互影响

产生错误告警。④电源、单片机和喇叭、灯光报警装置装设在密封盒内，单片机在收到光电隔离的电平信号后，驱动喇叭发出报警声音和灯光发光，灯光一般为红色。⑤外部电路连接采用绝缘双股线和标准插头，以便于标准化生产和作业。

3改进安全隔离装置评价

改进后的安全隔离装置比传统的装置要更轻便，更容易携带和安装；工作中只需要一名监护人员，监护人员比传统装置要少得多；监护范围可以比传统装置要大得多，还能形成全方位立体监护；能对传统装置不能监护的高空带电部位进行监护，且不存在感应电影响，不会有传统监护设备损坏会可能造成电气短路的缺陷。

4结论

使用了新的监护装置可以进一步提高工地安全管理水平，能解决人身和设备间高空安全隔离问题，减少管理人员的派出，提高了变电站内安全风险防控能力。

参考文献：

1龚杭章配网带电作业安全影响因素及防护分析无线互联科技

2胡毅刘凯彭勇苏梓铭吴田带电作业关键技术研究进展与趋势高电压技术

3石生智交流特高压输电线路带电作业工器具及作业方法研究华北电力大学

4胡毅王力农邹伟送配电带电作业的现状与发展电力设备