变电设备高压试验安全防护措施

金雍奥 曲金秋 周志昊 尹曙光

（国网冀北电力有限公司廊坊供电公司，河北 廊坊 065000）

高压试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统一次设备安全运行的有效手段之一。在高压试验的工作现场，尤其是对于现场大型的电力变压器、GIS 设备、母线等设备，在进行交流耐压、局放等试验过程中会产生数千伏，甚至几十、上百千伏的高压，这对试验人员的人身安全是一种较大的威胁。

因此高压试验人员需要在试验现场，一方面要满足电力安全工作规程的规定进行作业；另一方面要严格采取一定的安全防护措施，最大程度上保护个人的人身安全。

1 高压试验作业现场安全要求

在高压试验的作业现场，试验人员的工作范围主要分为电源控制区、加压操作区两部分，这些区域必须满足安全要求，并且试验人员距离加压操作区的被试品及升压设备的安全距离要满足相关规程，可参照DL 56—1995 电业安全工作规程（高压试验室部分）及国网公司电力安全工作规程[1]（变电部分）的规定执行，如表1、表2所示。

表1 交流和直流试验安全距离

表2 冲击试验（峰值）安全距离

2 高压试验安全防护措施综述

目前，在对变电设备进行高压试验的工作现场，应用较为广泛的主要有安全围栏、绳以及安全警示带，而其它一些新型的安全防护措施也相继被提出，并得到了一定程度的应用与推广。论文对现有的变电设备高压试验安全防护措施进行了归纳和分类，如图1所示。

图1 变电设备高压试验安全防护措施分类

2.1 传统防护措施[2-3]

在高压试验现场，传统的防护措施主要有安全围栏、绳以及安全警示带。它们可以将被试品以及试验设备围在一定的区域，该区域以外保证处于距离带电设备以及试验电压的安全距离范围。

1）安全围栏、绳

围栏、绳一般采用绝缘性能和机械性能良好的尼龙绳或植物纤维绳，安放于高压试验工作范围的四周，并面向外悬挂“止步，高压危险！”的安全标识牌，颜色为较为醒目的红绿交替或红白相间，用以引起现场作业人员注意，防止人员误入操作区。

2）安全警示带

安全警示带以荧光绿为主体颜色，在现场布置时基本与安全围栏、绳相同，通常警示带上印有“止步，高压危险！”字样的标示，荧光绿色更易引起现场人员的注意，也可在一定程度上防止误入情况的发生。

传统的防护措施是每个试验现场所必须采取的安全措施，优点是成本低，布置方便，性价比高；但其仅从视觉上对试验人员进行警示，警示效果单一。

2.2 新型防护措施

传统的安全围栏、警示带等防护工具在一定程度上保护了试验人员的人身安全。随着试验现场的作业情况越来越复杂，新型的安全防护措施应运而生，在传统防护的基础上，采用声、光、电等多方面手段，对异常情况及时反应，保护人员及设备的安全。

1）安全语音提示器[4]

安全语音提示器是一种以红外探测器为核心部件，内涵读卡器的一种语音录播系统。

在高压试验现场，通常将语音提示器安放在传统安全防护围栏上，当人员靠近安全围栏，提示器的内置红外探测器侦探到人体信号时，就会自动启动播报语音警示语，提醒工作人员的注意。

由于其体积小巧，便于携带，并且可以随意录制语音内容，已大量用于电力系统发电厂、变电站等高压试验区域。

2）基于红外探测技术的安全围栏

红外线围栏是基于光束遮断式感应器（Photoelectric Beam Detector）所开发的安全防护工具，其基本的构造包括瞄准孔、光束强度指示灯、球面镜片、LED指示灯等。

该装置通常成对出现，其基本原理是：一端由发射器发射红外线，形成警戒线，另一端由受光器接受，若有物体通过，光线被遮断，受光器信号发生变化，经放大处理后发出电、声信号用以报警。红外对射装置要选择合适的响应时间：太短会容易引起不必要的干扰；太长则会发生迟报、漏报。通常以10m/s 的速度来确定最短遮光时间。若人的宽度为20cm，则最短遮断时间为20ms。大于20ms报警，小于20ms 不报警。

红外安全围栏没有实体围栏，为了体现其良好性能通常与传统围栏等设备配合使用，示意图如图2所示。

图2 基于红外探测技术的安全围栏

文献[5-10]均提出了含有红外线围栏的安全防护措施，应用效果较好。

为了保持红外围栏所发出的高电平信号，文献[11-12]提出采用74HC373 芯片的方法，输出锁存输入的电平信号，使得处理单元持续响应产生报警信号，提高了应用的可靠性。

3）基于无线射频技术的防护措施

无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，基本原理是利用射频信号和空间耦合（电磁耦合电磁传播）的传输特性，实现对识别对象物体的自动识别[13]。

RFID 技术由RFID 控制器和RFID 标签2 部分组成。控制器采用低频信号进行探测，利用高频信号（UHF 信号）接收采集数据，如果RFID 标签在目标范围内出现，接收器就会收到低频信号，并通过高频信号发出报警信息。由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID 技术可以较好的应用于高压试验现场人员众多、多班组交叉作业的情况。

文献[8，11，14]提出了基于RFID 技术的安全防护措施，并通过试验证明了该措施的灵敏性与可靠性。

4）试验电源速断装置

传统的安全围栏等防护措施，无强制闭锁功能，无法强行阻止试验设备及被试品带电时人员的误入和误碰，因此不能有效地保护误入人员及设备的安全。

试验电源速断装置的出现很好的解决了这一问题，通常情况下，电源速断装置会与红外线探测装置，RFID 管控系统配合使用。红外线装置感应异常，传递给接收处理模块后，对控制线圈发出信号，控制电源开关的导通或者关闭；在RFID 系统中，RFID控制器收到标签信息后通过信号逻辑处理输出继电器分开信号，切断试验电源。

文献[5-9]均提出了将红外探测装置与RFID 技术结合电源速断装置的安全防护措施，其良好的实际应用证明了装置的快速性。

2.3 辅助防护措施

新型的防护措施在传统措施的基础上大大提升了安全作用范围与防护效果，如果采用辅助型的防护措施，则更能够体现出其优越性。辅助防护措施可适用于人员较为的场合，尤其适用有外来施工人员的工作现场或是大容量试品的长时间试验以及安全可靠性要求较高的场合。

1）放电棒信号闭锁防护

升压控制台电源断开时，由于操作区设备可能有残余高压，尤其对于大容量的试品来说，此时若在未接地放电的情况下接触高压设备，就可能发生事故。放电棒的作用就是在试验人员接触试品之前放掉其残余电荷，防止其人身受到伤害。

文献[5-6，12]提出了一种接地棒信号闭锁防护措施，自主研制一种能铝合金开关，可经受频繁开关冲击，其基本原理是一个单刀双置开关，接地棒放到指定位置时开关被压下，动触点接通，信号为高电平；反之动触点接地，为低电平。该电平信号进入逻辑处理单元，可控制电源的通断。

2）脚踏控制闭锁防护

脚踏控制就是通过在操作机构或控制电源处加装脚踏压板，压板内部的核心部件为重力感应装置，装置的输出端与控制电源的交流接触器相连。操作时，工作人员双脚踏在压板上，交流接触器正常工作，电源正常；而当工作人员双脚离开压板，则相应的重力感应装置输出高电平信号，接触器不闭合，电源失电闭锁。

脚踏控制开关的功能主要是为了限定试验人员的位置，只有在保证控制电源在试验人员可控的条件下，才能满足电源有电；而在设备高压试验期间工作人员若离开控制区，高压电源切断，进一步确保工作现场人员的人身安全。

文献[5，8-9，11-13]均提出了脚踏控制闭锁防护措施，并得到了良好的应用，其中文献[8]的设计还增加了防抖功能，大大提升了设备及试验工作的可靠性。

2.4 数字防护措施

相比于模拟技术，数字技术的优势越来越突出：其一，数字控制基本不受元器件性能变化的影响，可靠性高；其二，系统的软件化可简化电路结构，减少外围器件；其三，数字控制使许多复杂算法更易于实现。因此，数字控制取代模拟控制已成为一种趋势[15]。数字防护措施根据多采用微处理器的不同又可分为基于单片机和基于ARM 的数控防护。

1）基于单片机的数字防护

以单片机作为微处理器，设计简便、灵活，可直接调用设计完善的子程序，成本较低。文献[14]提出了基于MSP430 单片机芯片为标签电路处理器的RFID 防护体系，其工作框图如图3所示。

该系统用单片机进行处理的优点是功耗低，可以在长时间无唤醒信号的情况下进入休眠状态，从而节省电源；其不足是抗干扰能力相对较差。

2）基于ARM 的数字防护

ARM（Advanced RISC Machines）处理器是一款32 位的微处理器。以ARM 芯片为核心的处理单元，具有较高的性能且第三方支持较多，功耗低。

文献[14]所提出的RFID 防护体系中以LPC1768 ARM 芯片作为识别电路的微处理器，其工作框图如图4所示。

图4 基于LPC1768 为处理器的识别电路工作框图

基于ARM 的处理单元最大优势就是更加节能，且程序的执行效率高；缺点是开发具有一定难度。

2.5 综合性系统防护措施

综合性的安全防护措施是集成基于红外探测装置的单层或多层报警围栏，基于RFID 技术的现场人员标签识别及报警，接收到危险信号立即断电的多功能电源以及脚踏及放电棒闭锁断电装置于一体的成套装置。其工作流程图如图5所示，信号采样模块通过接收各种防护终端的输出信号，经数据处理模块送入处理器处理后进入结果执行模块进行动作。

图5 综合性系统防护流程图

由于该系统信号采样种类较多，所以数据处理模块通常用单片机、ARM 芯片等为核心处理器用来处理采样的信号，进行逻辑判断。综合性的防护措施成本高、布置复杂，但防护效果优异，适用于作业现场条件较为复杂，人员众多以及安全性要求极高的场合。

文献[14]提出了上述的系统性安全防护措施，并采用了GPRS 网络将关键点的状况实时发送至监控中心服务器，有效实现了工作全流程的记录。

文献[5，11]也采用了综合性的防护措施，并通过在变电站内的实地使用，验证了措施的合理性。

3 结论

高压试验安全防护措施在高压试验现场作业的过程中起着举足轻重的作用，传统的防护措施是进行高压试验时安全防护的必要手段，新型、综合性的防护措施也不断被提出，这些措施在增强试验人员安全防患意识的同时，又提高了工作效率。实际工作中，应以标准化作业为前提，并根据试验现场的情况选择最佳的防护措施。智能化、数字化、系统化将是高压试验安全防护措施的发展方向。

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