高压试验场红外电子围栏设计

蒋京辰

（重庆市送变电工程有限公司，重庆，400000）

0 引言

电力生产中，高压试验是高压设备在运行维护中一项极其重要的工作，也是保证相关变电设备安全稳定的必要措施。在进行高压试验时，一旦有不相关人员误入和异物入侵的情况，极易发生严重安全事故，因此必须采取有效的防护措施，确定高压试验人员和设备安全。

1 高压试验安全防护现状

变电站建设和投运前，需要进行大量的高压试验，主要包括主变试验、GIS组合电器试验、电流互感器试验、电容式电压互感器试验、电压互感器试验、避雷器试验、耦合电容器试验、所用变压器试验、电抗器试验、隔离开关试验、绝缘子试验、电容器试验、高压电缆试验、接地装置接地电阻试验、电力阻波器试验。

完成这些高压试验持续时间长，需要耗时几个月。试验期间变电站仍处建设期，试验人员和周边人员较多。随着高压试验次数的增多，高压试验的不稳定性和不可预料性越来越严重。在进行高压试验时，试验设备上的电压通常是正常运行电压的很多倍，由于偶有人员疏忽或特殊原因误入带电区域，由此产生的事故现象时有发生，严重威胁着工作人员的人生安全，同时对试验场合安全稳定运行产生了极大的影响。因此防护围栏是高压试验场必不可少的安全防护工具，在安全技术措施中起到全方位的防护作用。

高压试验场是典型的高危区。为防止高压触电带来的人身和设备危害，通常采用安全围栏绳和警示标志，但仍然存在很大的安全隐患，如果有人安全意识不够或误闯入禁区，后果不堪设想。因此，有一套能从本质上保证从业人员或非专业人员安全的防护设备很有必要。可以在常规围栏外增设电子围栏，提高高压试验的安全稳定性。在高压试验的过程中，当有人误入警戒区域时，配套的警示设备能及时地报警，警示相关人员远离试验场所的危险区域。在必要时刻切断电源，防止事故的发生。

2 高压试验中存在的安全问题

高压试验种类一般根据试验时施加的电源类型来进行划分，具体可以分为：交流高电压试验、直流高电压试验、冲击电压和电流试验、局部放电试验等。

(1)交流高电压试验

对于电力系统中的电气设备而言，其在工作中的绝缘稳定性至关重要。但其不仅要承受工作过程中的高压，还要考虑外来大气过电压和设备自身内部过电压的影响。为了检测设备的绝缘强度，设备在出厂前一般要进行交流高压耐压试验来保证其绝缘稳定性，以避免不必要的损失。

(2)直流高电压试验

电力设备经常需要进行直流高压下的绝缘性测量，尤其对于某些电力电缆，通常用直流高压试验来替代交流高电压试验。直流高电压试验主要用于检测大气中的暂态高压和大电流，是高电压试验技术中至关重要的一种手段，为设备的安全稳定运行打下坚实的基础。

(3)冲击电压和电流试验

冲击试验是为了检测设备的绝缘强度能否承受住全电压或操作过电压的冲击，常用的冲击试验分为雷电冲击和操作冲击。具体冲击试验的方法有：球隙法、光电测量法、分压器-示波器法等，冲击试验能作为设备在大气中抵抗雷电能力的标志。

(4)局部放电试验

电气设备内部常存在一些小的气泡或气隙等，由于这些缺陷部分的电介质比设备自身要小，当施加外电压时，该部分会首先放电而形成局部放电。尽管局部放电的电压很小，但在长时间的作用下也会使设备出现绝缘老化，故局部放电试验的进行是很有必要的。

3 安全围栏比较

电子围栏的发展已经日新月异，大量高科技技术的出现使得电子围栏不断地在进行进步与完善。电子围栏最早就是由带电的铁网构成，其主要被安装在监狱中来保障监狱的安全。20世纪末期发明了脉冲式电子围栏，其主要由前置围栏和脉冲信号发射机构成。它的作用机理是：通电后脉冲发射机会分别产生阳极脉冲和阴极脉冲到前置的围栏，当有回路在前端围栏产生后，其会把脉冲返还到脉冲发射机的发射口。一旦有外物入侵，围栏的金属导线将会被弄断，由此电路将会断开而产生报警。尽管低能量的脉冲电击不会让人死亡，但是极大概率会对人造成身体和精神上的损伤。在这之后，能进行高低压模式切换的电子围栏出现在市场上并得到了应用，但安全问题还是没有得到彻底的解决。

表1 主要周界安防措施比较

最近几年，一种张力式电子围栏横空出世。此电子围栏通过判断围栏上是否有张力的改变来确定入侵，但其无法准确区分张力索的拉伸、松弛状态，同时张力索的状态会影响围栏的判断。

为了应对形势发展需要，红外电子围栏应运而生。红外电子围栏解决了高压脉冲的安全稳定问题。红外对射产品的工作原理基础是发射端发射红外信号并被接收端接收，只要有红外光束被阻挡，其都会发生报警。根据四种安防措施比较，选择的红外对射方案。在高压试验场合中，红外电子围栏成本较低，安装方便，无疑是一种理想的选择。

4 红外对射电子围栏设计

根据四种安防措施比较，选择成本较低，安装方便的红外对射方案。红外对射方案如图1所示.对射探头由一个发射端和一个接收端组成。发射端发射经调制后的两束红外线，这两条红外线构成了探头的保护区域。如果有人企图跨越被保护区域，则两条红外线被同时遮挡，接收端输出报警信号，触发报警主机报警。如果有飞禽飞过被保护区域，由于其体积小于被保护区域，仅能遮挡一条红外射线，则发射端认为正常，不向报警主机报警。新型安全围栏通过准确可靠的感应、声光警示和后台调动功能，将围栏的防护功能由“被动”变为“主动”，实现良好的监管作用。

图1 红外对射方案示意图

红外信号的发射部分是红外对射的重要组成部分，也是整个报警系统中必不可少的一环。在红外发射机中，采用555定时器构成的多谐振荡电路产生的矩形脉冲波作为电源，采用晶体管和集成电路作为电压信号处理部分，同时将红外发光二极管作为发射光源。

与红外发射部分类似，红外信号接收部分也是不可或缺的，一个合理的红外信号接收电路应该包括信号的采集、放大、整合等。在红外信号被接收处理后，还需要根据实际情况进行警示判断。在红外接收电路中，选用一个光敏二极管作为红外信号的接收装置，利用三极管构建共基极放大电路，之后接一个单稳态触发器，此单稳态触发器是作为信号灯和警铃的信号源。

整个红外对射装置具有重量轻、体积小、易于携带的优点，同时其额定功率很低，具有很强的抗干扰能力。红外发射机在多谐振荡电路的驱动下会发出一定频率的红外光线，此光线在特殊的光聚焦透镜的处理后可以传送很远的距离。正常情况下红外接收机能接收到此光线而不会报警。若有人或物体入侵阻挡了红外光的传播，则红外接收机不能顺利接收到信号，所以会产生报警。

图2 红外对射系统控制原理图

红外发射器之间的红外信号通过红外传感器输出电压信号，经信号放大电路放大后进入信号处理系统，经处理后的信号通过A/D数模转换成数字信号，再由微控制器一方面传输至声光报警系统进行报警判定。在实际生产生活中，高压试验场的电子围栏不仅要在事发现场实现报警，还要能将报警信息远程传输至控制室，以便工作人员及时做出反应，对是否切断电源做出判断，故需要在信号与警示电路后增加一个远程信号传输电路。此电路构成如下：同相比例放大器、多谐振荡器、CD4046构成的调制电路、CD4046构成的解调电路。

在具体的安装中，首先应该对高压试验场的地理位置和环境做出合理的勘探，然后根据高压试验的种类和安全注意事项对危险警戒区域做出划分，据此可以设计出常规性的防护围栏，在常规性围栏的基础上增加红外对射。同时注意红外对射装置的安装角度，确保红外对射正常进行。

5 结束语

本文分析了高压试验中存在的安全问题，提出了红外对射电子围栏防护系统方案。按照本方案设计的安全电子围栏，安装方便，成本低，可以大幅提升高压试验的安全性。但在实际的开发与应用中，应该充分考虑设备的成本与可靠性问题。在试验场所更加复杂、场地较大和人员进出密集的情况下，还可以辅以视频监控等手段，确保试验的安全性。