周界防范高壓電網(wǎng)裝置的快速現(xiàn)場檢測技術(shù)研究
雷曉陽,朱乃榕,李?敏(福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院,福州?350002)
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201909/405221.htm摘?要:簡要介紹周界防范高壓電網(wǎng)裝置的原理和國家標準要求,針對進行快速現(xiàn)場檢測存在的技術(shù)難題,提出一種檢測方法及新型檢測設(shè)備的設(shè)計方案,縮短了現(xiàn)場檢測時間,提高了實測數(shù)據(jù)可靠性,降低了檢測操作危險性。為同行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)場檢測提供了參考依據(jù)和解決方案。
關(guān)鍵詞:周界防范高壓電網(wǎng)裝置;電擊性能;快速現(xiàn)場檢測;數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng);GB 25287-2010
0 引言
周界防范高壓電網(wǎng)裝置是一種利用脈沖電壓進行打擊和防范不法分子侵入或逃脫禁區(qū)的裝置,被廣泛運用于看守所、監(jiān)獄、拘留所、戒毒所、彈藥庫、物資庫、軍械庫、金庫、軍事禁區(qū)、電力變電站等特殊行業(yè)場所?,F(xiàn)場布置見圖1。
周界防范高壓電網(wǎng)裝置一般是由電腦端主控機、室外高壓分機和打擊電網(wǎng)架組成周界防范系統(tǒng)。電腦端主控機向室外高壓分機發(fā)送報警觸發(fā)閾值,之后室外高壓分機通過帶有限流功能的升壓器模塊將市電轉(zhuǎn)化為所需高壓,再在打擊電網(wǎng)架上輸出單個周波進行自檢。當回路電流和電量超過報警觸發(fā)閾值(發(fā)生觸網(wǎng)),系統(tǒng)報警并由室外高壓分機在打擊電網(wǎng)架上持續(xù)輸出一定電量的高壓進行打擊,直至出現(xiàn)脫網(wǎng)或打擊周期結(jié)束。周界防范高壓電網(wǎng)裝置的電腦端主控機一般安裝于監(jiān)控室內(nèi),便于監(jiān)控是否發(fā)生觸網(wǎng),室外高壓分機安裝于每段防區(qū)的頭尾處,打擊電網(wǎng)架依托周界圍墻架設(shè)。周界防范系統(tǒng)布局見圖2。
1 GB 25287-2010標準內(nèi)容介紹及現(xiàn)場檢測技術(shù)難點
我國針對周界防范高壓電網(wǎng)裝置的現(xiàn)行國家標準是GB 25287—2010《周界防范高壓電網(wǎng)裝置》。該標準取代了原公安行業(yè)標準GA 247—2000《監(jiān)所周界高壓電網(wǎng)裝置》,是周界防范高壓電網(wǎng)裝置建設(shè)和驗收的唯一標準。
GB 25287—2010規(guī)定,打擊電網(wǎng)架由5根金屬線(含1根地線)和金屬支架組成。金屬線等距安裝在金屬支架上,線間距離和最小離墻距離為20 cm,金屬支架與垂直墻面呈90°或135°(內(nèi)倒式),金屬支架與水平地面距離4 m。牢固安裝后的打擊電網(wǎng)架具備防攀爬、防跨越的能力。網(wǎng)架安裝示意圖見圖3。
同時,GB 25287-2010規(guī)定了周界防范高壓電網(wǎng)裝置的主要打擊性能指標(打擊電網(wǎng)架任意2根金屬線回路間的輸出參數(shù))如下。
?輸出電壓范圍:3 000~6 000 V(注:最高允許10 000 V);
?最大輸出電流:500 mA,最小輸出電流:40 mA;
?最大打擊電量:60 mC,最小打擊電量:30 mC;
?持續(xù)打擊時間:15 min以上;
?輸出短路報警:2 s以內(nèi)。
以上檢測項目也經(jīng)常作為已施工鋪設(shè)后的周界防范高壓電網(wǎng)裝置驗收的必測項目。然而,在進行實際的現(xiàn)場檢測時,存在許多技術(shù)難題,例如如下案例。
1)電網(wǎng)布設(shè)墻體為垂直面,沒有合適位置放置檢測儀器。如果將儀器放置于地面,測試導(dǎo)線延長4~5 m后再進行測量,由此產(chǎn)生的分布電容會干擾信號采集,造成衰減從而影響檢測數(shù)據(jù)可信度;
2)金屬支架離地較高,檢測人員需要運用爬梯靠近電網(wǎng)后再進行檢測。整體操作空間較小,一方面有高壓觸電風(fēng)險(打擊電網(wǎng)與大地為同一回路);另一方面要維持爬梯平衡,增加了現(xiàn)場檢測工程師的心理壓力和檢測難度。
3)金屬支架整體寬度超過人手長度,遠離墻體的金屬線難以觸及。
4)諸多環(huán)境限制,特別是金庫、監(jiān)區(qū)等不間斷運行場所,從安保角度出發(fā)嚴格控制現(xiàn)場檢測的耗時及所攜帶的儀器數(shù)量,檢測時間有限,且不得使用爬梯。
由此可見,周界防范高壓電網(wǎng)裝置的現(xiàn)場檢測十分復(fù)雜和危險,而安全快速地完成現(xiàn)場檢測驗收工作又是保障該類場所穩(wěn)定運營的重要環(huán)節(jié)。
2 現(xiàn)場快速檢測技術(shù)研究
筆者從事電子產(chǎn)品檢驗技術(shù)研究多年,結(jié)合電力電子檢測和無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),為解決周界防范高壓電網(wǎng)裝置現(xiàn)場檢測存在的復(fù)雜性和危險性,提出了一種檢測方法及新型檢測設(shè)備的設(shè)計方案。
2.1 設(shè)計思路
1)新型檢測設(shè)備分為檢測數(shù)據(jù)發(fā)送端、檢測數(shù)據(jù)接收端及伸縮絕緣桿3個部分;
2)檢測數(shù)據(jù)發(fā)送端安裝在伸縮絕緣桿內(nèi)部,絕緣桿可伸長至周界防范高壓電網(wǎng)裝置打擊電網(wǎng)架附近,與金屬線掛接形成回路;
3)檢測數(shù)據(jù)發(fā)送端對周界防范高壓電網(wǎng)裝置的輸出特性進行檢測(先由電壓衰減器將高壓衰減為低壓,再使用高速AD進行電壓信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換),數(shù)據(jù)采集處理后再通過無線傳輸模塊,發(fā)送數(shù)據(jù)到檢測數(shù)據(jù)接收端;
4)檢測人員持有檢測數(shù)據(jù)接收端,接收輸出特性數(shù)據(jù)后,進行處理、計算、顯示并判斷結(jié)果。
2.2 設(shè)備模型
1)伸縮絕緣桿模塊絕緣桿的縱軸線剖面見圖4。L1、L2為鉤型或直型金屬棒,適合掛接水平角或斜度角的電網(wǎng)架金屬線;A、B為電網(wǎng)架信號輸入點,連接MD;MD為檢測數(shù)據(jù)發(fā)送端(具備電氣參數(shù)檢測功能以及數(shù)據(jù)處理發(fā)送功能);H1、H2、H3為3段可伸縮絕緣桿桿節(jié),總長度超過4 m,單節(jié)長度約1.5 m,直徑約8 cm。
數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)由鋰電池、單片機、AD模塊、無線傳輸模塊及顯示屏等組成。推薦一種典型的系統(tǒng)架構(gòu)方案,見圖5。
3.3 檢測原理
A、B為電網(wǎng)架信號輸入點,C、D為模數(shù)信號采樣點;S為檢測回路選擇開關(guān); R R 1 2 、 為高壓分壓電阻(電壓衰減器),R3為人體模擬阻抗,R4為標準分流器;A、S、 R1 、 R2 、C、B組成輸入電壓檢測回路;A、S、 R3 、 R4 、D、B組成輸出電流、打擊電量檢測回路。MD電氣參數(shù)檢測電路見圖6。
1)輸入電壓檢測原理
S連接R1。當L1、L2掛接到電網(wǎng)架金屬線后,R1與 R2 形成高阻抗,電網(wǎng)不識別為觸發(fā)報警,不進行打擊,AB兩端電壓即為輸出電壓。
R1與R2阻值比為999:1,R2分壓為0.1%,采集CB兩端電壓 U CB (約0~10 V),放大1 000倍可得AB兩端電壓U AB。
輸入電壓計算公式:U AB =1 000×U CB 。
2)輸出電流檢測原理
S連接 R3 。當 L1 、 L2 掛接到電網(wǎng)架金屬線后,R3與R4形成低阻抗,電網(wǎng)識別為觸發(fā)報警,進行脈沖打擊。
由于電網(wǎng)輸出限流及低阻抗拉幅效應(yīng),流經(jīng) R3 的脈沖電流不具備連續(xù)平滑波形,無法使用互感器獲得電流值,而采集R4兩端電壓U DB ,除以R4阻值可換算為脈沖電流。
輸出電流計算公式:I U R U = =DB DB/ 4 /10。
3)打擊電量檢測原理
根據(jù)電量計算公式 Q l t = × ,對單個脈沖電流進行時間積分,可得到單周期的打擊電量。
打擊電量計算公式:Q= ∫ I dt= ∫ U DB /10 dt。
4)持續(xù)打擊時間檢測原理
進行輸出電流或打擊電量檢測時,測量單次打擊周期并累計打擊次數(shù),二者相乘即得知打擊輸出總時長。
5)輸出短路報警檢測原理
使用雙頭帶線鱷魚夾短路AB兩點后,再次掛接到電網(wǎng)上,即完成短路操作。
3.4 技術(shù)優(yōu)勢
新型檢測設(shè)備內(nèi)置鋰電池,無需市電運行,擺脫了供電環(huán)境束縛;高壓檢測電路經(jīng)由絕緣桿,與檢測人員(保護大地)隔離,有效保障了現(xiàn)場檢測人員的安全;信號采集和數(shù)據(jù)處理傳輸可靠,檢測結(jié)果精度較高。
總體相較于以往的現(xiàn)場檢測操作,其安全性、操作性、置信度等方面都得到顯著提升。
4 結(jié)論
經(jīng)多次調(diào)試和優(yōu)化,新型檢測設(shè)備體積小巧適合單人攜帶,現(xiàn)場檢測用時可控制在30min以內(nèi)完成,檢測數(shù)據(jù)精度高,具有優(yōu)異的實用性,已投入運用。綜上,本文解決了周界防范高壓電網(wǎng)裝置的快速現(xiàn)場檢測難題,縮短了現(xiàn)場檢測時間,提高了實測數(shù)據(jù)可靠性,降低了檢測操作危險性。為同行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)場檢測提供了參考依據(jù)和解決方案。
參考文獻
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本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第10期第70頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。
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