室内高压检定安全系统的设计与应用

彭　涛， 张　俊， 王艳龙， 黄敏敏， 杨　益

(国网合肥供电公司， 安徽　合肥　230022)

1　前言

高压电压(电流)互感器是一种将高电压(电流)转换成低电压(电流)的电力设备，在电力系统中常用于测量、保护装置中，其中对计量用高压互感器进行首检检定和周期检定是保证计量准确性的有效手段。

国网合肥供电公司计量室互感器检定室由合肥市质监局授权，承担合肥市内380V～35kV电压等级，包含各级用电客户及部分电力系统内的电流、电压互感器的室内检定工作。在高压互感器室内检定工作现场，试验运行时，检定电压可高达42kV，且检定时，升压器、标准互感器、待检互感器的一次侧接头、均压环等部位外漏。根据《国家电网公司电力安全工作规程》[1]规定，高压互感器检定时，任何人员不得进入高电位1.00m以内范围。在实际现场工作中，高压互感器检定区域四周由围栏防护，有一扇可以随意进出的门。在检定时，人员复杂，难免有不具备安全观念的送检人员在设备带电的情况下，试图进入高压带电区域，这是高压互感器室内校验面临的严重安全隐患。因此，结合现场实际情况，本文提出了一种安全防护装置的研制，使现场安全防护水平有了极大的提高。

图1为高压互感器室内检定安全防护装置的系统框架图。该装置由电磁系统和传感系统两部分构成，其中，电磁系统作为该装置的主保护系统，主要功能是阻止现场人员进入带电区域。传感系统作为该装置的后备系统，为工作现场提供后备保护，当带电区域有人员进入时，立即切断工作电源，防止高压触电事故的发生。

图1　系统总体框架　　　　图2　安全装置工作流程

本文提出的安全装置工作流程如图2所示。系统运行时，高压互感器校验装置启动瞬间，电磁系统中的整流控制模块响应，控制电气闭锁系统开启，将出入校验区域的机械门闭锁；同时锁状态检测装置会检测电磁锁的状态，若电磁锁未成功开启，立即发出报警信息，提示现场工作人员；在校验工作中，若有人强行打开机械门，传感系统立即响应，将工作电源全部切断。

2　电磁系统设计

2.1　电气闭锁装置

电气闭锁[2]系统的主要作用是在高压互感器检定试验台上电的瞬间实现隔离门的自动上锁。电气闭锁系统的选择应本着高可靠性，易安装的原则。高压互感器体积大，重量大，需使用平板车推入检定区域，因此现场出入门选用无门框设计。根据现场实际情况，电气闭锁装置选用了如图3所示的电磁插销锁。

图3　电气闭锁装置

电磁插销锁是一种电子控制锁具，由通过装置的电流的通断驱动插销的伸出或缩回以实现被控门的锁门和开门的功能。同时，为了保障电磁铁插销的可靠动作，该装置需小片永磁铁配合使用。如图3所示的电磁插销锁由电磁锁体和永磁片两部分组成。通电后，锁体电路产生直流电流，锁体内电磁线圈开始工作，产生的磁场与永磁铁的磁场形成铰链，磁力线闭合产生吸引力，驱动锁体内机械结构的插销弹出，插入带有永磁片的锁孔内，实现锁门。断电后，电磁力消失，插销在重力作用下弹回，实现开门。该电气闭锁系统，在闭锁时考虑到了门的位置状态，在门位置失位时，锁插销无法弹出，有效的避免了插销弹出而门未锁的情况。因此，该电气闭锁系统具有较高的可靠性。

2.2　状态检测装置

状态检测装置的主要功能是检测锁体内插销状态，并通过信号线反馈给控制装置，在校验装置通电后，若锁体内插销未成功弹出，状态检测装置会及时通过信号线反馈给控制系统，从而发出报警。通过在锁体插销位置处加入位置传感器，实现插销位置的检测，由两路信号线反馈至控制器，一路信号线检测电源状态，输出高电平表示检定装置已上电；另一路信号检测插销位置，高电平输出表示插销未成功弹出。逻辑控制功能通过逻辑电路实现，检测两反馈线路的高低电平信号，并通过逻辑“与”门电路，在两信号线同时输出高电平时，驱动发出报警信号。

2.3　开关电源

开关电源[3]的主要作用是为电气闭锁和状态监测装置提供可靠的直流电源。开关电源交流侧直接连接到互感器校验装置电源总开关之后，取220V交流电信号，该信号既检测了检定装置是否带电，又可以通过整流控制装置，将220V交流电经过整流、滤波及稳压后转换为12V直流电，供电气闭锁系统使用。开关电源的原理如图4所示。

图4　开关电源原理图

3　传感系统设计

传感系统作为安全装置的后备系统，主要起到后备保护作用，在电磁系统失灵或外力强行破坏进出门进入到检定区域后，传感系统工作，切断检定装置电源。后备系统主要包括检测传感器、固态继电器、整流控制装置。

3.1　检测传感器

检测传感器的工作原理是通过发射、接收红外线，产生保护光幕[4]，当光幕被遮挡时，发出报警信号，并将信号传送到整流控制装置，从而控制检定装置的电源通断。

图5所示为本安全装置使用的对射式检测传感器的结构图。检测传感器包括投光器和受光器及控制器三部分，多组投光器发射出调制的红外光，由对应的受光器接收，形成一个光路保护网，当有物体进入保护网，阻挡了光路的传播，受光器红外传感器接收不到红外线，传感器输出电平的电位发生变换，通过信号电缆传送给控制器。

图5　检测传感器结构图

3.2　整流控制装置

在传感系统中，整流控制器主要有两个作用，为检测红外发生器和传感器提供工作电源；接收传感器发出的信号，处理后产生控制电平，控制互感器检定装置电源回路的通断。

为了避免检定装置增加过大的负载以及维持系统各部分直流电源的独立稳定性，传感系统中直流电源通过另一个整流装置，取220V公网交流电实现，该整流装置与控制单元集成封装在一起，即是该部分的整流控制装置。传感器在检测到有闯入现象发生时，产生的信号为一个瞬间的电平变化，继电器断开电源，人一旦完全进入则光路恢复通畅，控制信号恢复正常，继电器又恢复导通状态。因此，整流控制装置的另一个功能是低电平保持功能。在整流控制装置中，控制器I/O接口收到低电平信号后，持续保持低电平输出，控制继电器的断开状态，直到手动复位，电平恢复为高电平，继电器变为导通状态。

3.3　固态继电器

继电器的主要功能是控制互感器检定装置电源回路的通断，继电器接收的控制信号来自传感系统中的整流控制装置。相比于传统的电磁继电器，固态继电器响应快，运行无噪音，在互感器检定现场产生的电磁干扰小[5]，因此，在该安全装置中选用固态继电器控制检定装置回路的通断。

固态继电器选用常闭触点，在整流控制器无控制信号输出时，继电器保持检定回路导通。当检定区域进出门被强行闯入后，传感器通过控制器输出控制信号，固态继电器响应，断开检定区域的电源，防止高压触电事故的发生。图6为传感系统的连接结构图。

图6　传感系统连接图

4　现场安装调试

现场安装调试分为电磁系统的安装调试及传感系统的安装调试。检定现场，高压检定区域有一扇进出门，检定设备由平板车进出区域，电磁系统安装时要选择合适的位置，不能阻碍平板车的进出。因此，综合电磁系统的机械结构，将电气闭锁的锁体放在门关闭时的正下方，锁体上平面与地面平齐，插销垂直地面弹出；电气闭锁中的永磁片放在活动门下沿，插销弹出后插入门下沿的永磁片内。电磁系统中的信号反馈线及直流供电线路通过单股引线与锁体连接。

传感系统安装时，要考虑到检测传感器能及时检测到闯入现象的发生，因此，选择投光器和受光器的位置为进出门的左右两侧。当进出门被打开后，传感系统及时响应，快速切断检定装置电源回路。固态继电器及整流控制装置通过无屏蔽电缆与传感器连接。

5　总结

为了解决高压互感器检定现场存在的高压误入触电安全隐患，本文提出了一套安全装置的研制，该装置主要包括电磁系统及传感系统。电磁系统在高压区域带电时，快速响应，将进出检定区域的机械门闭锁，防止现场人员进入高压区域。为了防止电磁系统失灵时或外来人员外力破坏进出门进入高压区域，安全装置中加入了后备保护系统，及时检测到闯入情况的发生，快速响应，及时将高压区域内回路电源切断。通过该双重保护系统，高压互感器室内检定现场安全状况有了极大改善。该装置已在合肥供电公司计量室高压互感器检定室现场推广使用，取得了明显的安全成效。

参考文献：

[1] 国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程规定[M].北京：中国电力出版社，2014.

[2] 陈淮芳.变电站五防装置配置探讨[J].浙江电力,2008(3):68-70.

[3] 凌镇之.开关电源的基本原理及应用[J].科技展望,2016,26(28)：109.

[4] 熊家新,陈平.红外光幕系统研究[J].长春光学精密机械学院学报,2000,23(3):9-12.

[5] 黄勇.固态继电器传导干扰分析技术的研究[D].哈尔滨工业大学,2009.