防误操作新型电力短路接地线的研制

胡旭波, 张 磊

(国网浙江省电力公司 宁波供电公司, 浙江 宁波 315000)

防误操作新型电力短路接地线的研制

胡旭波, 张 磊

(国网浙江省电力公司 宁波供电公司, 浙江 宁波 315000)

挂接地线误操作导致的恶性误操作事故时有发生.提出了一种全新的智能化电力短路接地线,该接地线具备完善的报警功能,能有效避免带电误挂接地线或漏拆接地线合闸送电的误操作事故.

接地线; 误操作; 事故

短路接地线是电力生产中最常用的安全用具之一,对检修设备接地也是保证安全生产的技术措施之一.现有技术的接地线结构十分简单,使用已有几十年历史,然而时至今日,挂接地操作导致的恶性误操作事故时有发生,可见现有技术的接地线存在改进余地.随着防误操作管理制度的深化和技术的进步,电力行业误操作事故逐年下降,然而带电挂接地线的恶性误操作事故还是每年发生.带电挂接地线既造成严重设备损坏,也造成极其严重的人身伤害,然而该问题至今仍没有技术层面的解决手段[1-6].为此,研制一种通过技术手段杜绝带电挂地线的方案十分重要.

本文提出了一种性能可靠的电场模拟量监测报警电路,使传统的接地线具备完善的报警功能[7-8].在应用过程中,当操作人员将该接地线挂向有电设备时,接地线上方触头上的告警装置立即发出声光报警,提醒操作人员设备带电,必须立即停挂地线,从而从根本上避免了误挂接地线造成的恶性事故;在拆卸接地线时该技术能判断目前拆除的接地线是否是“最后一根”,防止漏拆接地线合闸送电事故的发生.

1 新型接地线防误技术方案

采用高灵敏度的定向式电场传感器,感受接地线接地夹头开口方向的交流电场,如果将接地夹头靠近带电设备,则电场传感器将立即启动声光报警,提醒操作人员设备带电,防止带电挂接地;采用设计巧妙的探测触头,在拆除接地线时,如果本回路还有接地,拆除瞬间探测触头与本接地线构成回路,启动另一种颜色的声光报警,提醒操作人员还有接地线未拆除,防止带接地送电.

图1为本方案的电路图,图2为其机械结构示意图.本方案在现有接地线的基础上,研发了一种具有完善防误报警功能的报警模块,在现有接地线产品上加装了该模块,就是一副具有完备防误功能的新型智能化接地线.该报警模块主要由报警电路、电池、电场传感器电路和接地探测电路构成.

图1 新型接地线防误技术方案电路示意

图2 机械结构示意

防误模块的电场传感器电路由二极管D1,平波电容C1,电阻R1,稳压二极管D5组成,整流桥的交流输入端采集接地夹头与探测触头之间的电位,用于感应交流电场.对于带电设备而言,D1能将该交流电场电压变换为直流电压,通过平波电容C的平滑滤波后经电阻R1分压,输出至场效应管V1的栅极,一旦接地夹头伸向带电设备,当与设备带电部分接近时,由于场效应管输入阻抗极高,因此只要稍微接近带电设备,即使不接触,场效应管栅极也会得到足够的直流电压,当直流电压超过开启电压门槛值后,场效应管即可导通,驱动报警电路的发光二极管D4闪光,同时语音有源喇叭S2报警,告知设备带电,禁止靠近,以遏止误操作事故的发生.该模块具有极高的灵敏度,能够在设备安全距离之外发出有效的告警.其原理如图3所示.

图3 防误模块电路示意

当进行接地线拆除作业时,如果本回路有一副接地线漏拆,送电时就会发生带接地合闸的恶性误操作事故.本方案的探测触头设于接地线接地夹头开口方向的前方上部,这样,当接地线拆除时,接地夹头离开被接地设备后,探测触头就会自然与被接地设备接触,此时由于接地线下方汇流桩头还未拆除,如果设备还有其他接地点,电池的直流电压正极就会通过二极管D2,以及探测触头、设备上的其他接地线、本接地线接地夹头直至电池负极构成回路,使得另一组报警电路得电工作,发出声光报警,提示运行人员设备还有接地,从而有效防止漏拆接地线事故的发生.

本方案报警装置的工作原理如图4所示,其漏拆接地线检测原理十分简洁巧妙,充分利用巧妙的探头位置以及接地夹头拆下离开设备后瞬间的重力,使得探测触头与被接地设备短时接触,一旦设备上还有未拆的地线,回路就会沟通报警,由于其不使用任何电子电路作为中间环节,因此可靠性极高,发生误指示或拒指示的概率几乎为零.

为了进一步保证本方案防误功能的可靠性,本方案仍设计了自检电路,通过按钮SA1和SA2就能检测装置的带电挂接地防护与漏拆接地防护是否工作正常,也能防止电池耗尽所造成的拒指示隐患,使本方案的可靠性与安全性得到了充分的保证.

传统交流验电器、近电报警器基于高阻抗运放做电场放大器,由于运放本身的静态功耗,导致电池消耗较快,即使不使用也要几个月更换一次,使用时经常因电池亏电而指示不正常.本方案的电场探测电路仅含一简单的场效应管开关电路,由于耗尽型绝缘栅场效应管的关断阻抗极大,当场效应管栅极无电压时,漏极电流几乎为零,这就从根本上保障了电路静态功耗接近零,其实测静态电流约在2～10 μA,以3 V/450 mAh容量纽扣电池为例,理论待机时间达45 000 h以上,可以有效避免电路静态功耗高、电池消耗快所带来的使用不便等弊端.

图4 报警装置工作原理

防误模块的机械结构设计对于能否起到正常的防误报警效果也至关重要.接地线产品由于本身的重量以及接地导线的重量,在使用时很容易遭受高处坠落的冲击,巨大的冲击动能对于绝大部分塑壳材质的电气设备都难以承受,为此防误模块的机械冲击耐受能力是研发的重要内容之一.本方案的防误模块的机械结构如图5所示.它采用高强度工程塑料、硅橡胶保护套与柔性填充胶相结合的方法,有效地保证了防误模块的耐机械冲击性能.

图5 防误模块机械结构

2 新型接地线性能测试

为保证本方案的性能达到设定目标,对本方案的两个典型电压等级对应的样机进行了技术指标测试.由于尚无接地线的技术国标,其电场感应功能参考IEC电容式交流验电器的相关标准,最后接地线判别功能采用阻抗检测方法,对样机的性能进行了较全面的检测.检测分为同心圆环标准电场动作性能测试与变电站实际环境补充测试,项目样品的性能基本达到设定的技术要求.现场测试结显示,蓝灯亮时提示“还有接地”,红灯亮时提示“设备带电”.

2.1 电场报警功能测试

采用标准同心圆环电场,考查防误模块在进入电场区域启动报警距离与时间是否符合设定要求,两个样机检测结果如表1所示.

2.2 最后接地线报警功能测试

采用连续可变电阻测量方法,考查防误模块在经过过渡电阻接地后是否符合设定要求的时间内可靠报警.两个样机检测结果如表2所示.

表1 样机检测结果1

表2 样机检测结果2

3 结 语

本文提出了一种性能可靠的电场模拟量监测报警电路,利用场效应管电压导通原理设计的高灵敏度的定向式电场传感器能够实现对周围电场强度的测量,实现对有电状态的报警;利用接地线所构成的回路,可实现对检修设备挂接地线状态的检测,从而避免了带接地线合闸事故的发生.

[1] 张全元.变电运行现场技术问答[M].北京:中国电力出版社,2003:22-44.

[2] 金红核.超高压输变电操作技能培训教材——变电运行[M].北京:中国电力出版社,2005:12-58.

[3] 陈海,赵征,范洋洋.新型防误操作电能计量用联合接线盒的研制[J].电力安全技术,2016(4):42-44.

[4] 王义军,王琳,涂时亮.一种新型的防误操作系统电脑钥匙的设计[J].电子技术应用,2009(6):152-154.

[5] 刘念,段斌,肖红光,等.电力操作在线闭锁方法及其实现模式[J].电力系统自动化,2006(23):58-63.

[6] 肖永立,张瑜,刘音,等.集控站遥控操作时防误闭锁措施的实现[J].电力系统自动化,2005(22):42-44.

[7] 罗钦,段斌,肖红光.基于IEC61850控制模型的变电站防误操作分析与设计[J].电力系统自动化,2006(22):61-65.

[8] 欧阳森.智能电气设备专用实时多任务操作系统的设计[J].华南理工大学学报(自然科学版),2005(4):20-23.

DevelopmentofaNewTypeofPowerShortGroundingWireforPreventingMisoperation

HU Xubo, ZHANG Lei

(StateGridZhejiangNingboPowerSupplyCompany,Ningbo315000,China)

Nowadays,hang malignant misoperation accidents occur from time to time.A new intelligent power short circuit grounding,whose grounding wire has the alarm function,can effectively avoid the misoperation accidents as a result of the ground or drain down misoperation grounding switch on power.

grounding wire; misoperation; accident

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.05.004

2016-10-10

胡旭波(1986-),男,本科,工程师,浙江宁波人.主要研究方向为配电网运检技术研究.E-mail:a414154521@163.com.

TM862.3;TM774.4

A

1006-4729(2017)05-0430-04

(编辑 胡小萍)