周界防范高壓電網(wǎng)裝置的快速現場(chǎng)檢測技術(shù)研究

　　雷曉陽(yáng)，朱乃榕，李?敏（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福州?350002）

　　摘?要：簡(jiǎn)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(jìn)行快速現場(chǎng)檢測存在的技術(shù)難題，提出一種檢測方法及新型檢測設備的設計方案，縮短了現場(chǎng)檢測時(shí)間，提高了實(shí)測數據可靠性，降低了檢測操作危險性。為同行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品現場(chǎng)檢測提供了參考依據和解決方案。

　　關(guān)鍵詞：周界防范高壓電網(wǎng)裝置；電擊性能；快速現場(chǎng)檢測；數據處理傳輸系統；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(jìn)行打擊和防范不法分子侵入或逃脫禁區的裝置，被廣泛運用于看守所、監獄、拘留所、戒毒所、彈藥庫、物資庫、軍械庫、金庫、軍事禁區、電力變電站等特殊行業(yè)場(chǎng)所?，F場(chǎng)布置見(jiàn)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。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(guò)帶有限流功能的升壓器模塊將市電轉化為所需高壓，再在打擊電網(wǎng)架上輸出單個(gè)周波進(jìn)行自檢。當回路電流和電量超過(guò)報警觸發(fā)閾值（發(fā)生觸網(wǎng)），系統報警并由室外高壓分機在打擊電網(wǎng)架上持續輸出一定電量的高壓進(jìn)行打擊，直至出現脫網(wǎng)或打擊周期結束。周界防范高壓電網(wǎng)裝置的電腦端主控機一般安裝于監控室內，便于監控是否發(fā)生觸網(wǎng)，室外高壓分機安裝于每段防區的頭尾處，打擊電網(wǎng)架依托周界圍墻架設。周界防范系統布局見(jiàn)圖2。

　　1 GB 25287-2010標準內容介紹及現場(chǎng)檢測技術(shù)難點(diǎn)

　　我國針對周界防范高壓電網(wǎng)裝置的現行國家標準是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《監所周界高壓電網(wǎng)裝置》，是周界防范高壓電網(wǎng)裝置建設和驗收的唯一標準。

　　GB 25287—2010規定，打擊電網(wǎng)架由5根金屬線(xiàn)（含1根地線(xiàn)）和金屬支架組成。金屬線(xiàn)等距安裝在金屬支架上，線(xiàn)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(jiàn)圖3。

　　同時(shí)，GB 25287-2010規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(xiàn)回路間的輸出參數）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；

　　?持續打擊時(shí)間：15 min以上；

　　?輸出短路報警：2 s以?xún)取?/p>

　　以上檢測項目也經(jīng)常作為已施工鋪設后的周界防范高壓電網(wǎng)裝置驗收的必測項目。然而，在進(jìn)行實(shí)際的現場(chǎng)檢測時(shí)，存在許多技術(shù)難題，例如如下案例。

　　1）電網(wǎng)布設墻體為垂直面，沒(méi)有合適位置放置檢測儀器。如果將儀器放置于地面，測試導線(xiàn)延長(cháng)4~5 m后再進(jìn)行測量，由此產(chǎn)生的分布電容會(huì )干擾信號采集，造成衰減從而影響檢測數據可信度；

　　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(jìn)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，增加了現場(chǎng)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(guò)人手長(cháng)度，遠離墻體的金屬線(xiàn)難以觸及。

　　4）諸多環(huán)境限制，特別是金庫、監區等不間斷運行場(chǎng)所，從安保角度出發(fā)嚴格控制現場(chǎng)檢測的耗時(shí)及所攜帶的儀器數量，檢測時(shí)間有限，且不得使用爬梯。

　　由此可見(jiàn)，周界防范高壓電網(wǎng)裝置的現場(chǎng)檢測十分復雜和危險，而安全快速地完成現場(chǎng)檢測驗收工作又是保障該類(lèi)場(chǎng)所穩定運營(yíng)的重要環(huán)節。

　　2 現場(chǎng)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，結合電力電子檢測和無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)，為解決周界防范高壓電網(wǎng)裝置現場(chǎng)檢測存在的復雜性和危險性，提出了一種檢測方法及新型檢測設備的設計方案。

　　2.1 設計思路

　　1）新型檢測設備分為檢測數據發(fā)送端、檢測數據接收端及伸縮絕緣桿3個(gè)部分；

　　2）檢測數據發(fā)送端安裝在伸縮絕緣桿內部，絕緣桿可伸長(cháng)至周界防范高壓電網(wǎng)裝置打擊電網(wǎng)架附近，與金屬線(xiàn)掛接形成回路；

　　3）檢測數據發(fā)送端對周界防范高壓電網(wǎng)裝置的輸出特性進(jìn)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(jìn)行電壓信號的模數轉換），數據采集處理后再通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，發(fā)送數據到檢測數據接收端；

　　4）檢測人員持有檢測數據接收端，接收輸出特性數據后，進(jìn)行處理、計算、顯示并判斷結果。

　　2.2 設備模型

　　1）伸縮絕緣桿模塊絕緣桿的縱軸線(xiàn)剖面見(jiàn)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(xiàn)；A、B為電網(wǎng)架信號輸入點(diǎn)，連接MD；MD為檢測數據發(fā)送端（具備電氣參數檢測功能以及數據處理發(fā)送功能）；H1、H2、H3為3段可伸縮絕緣桿桿節，總長(cháng)度超過(guò)4 m，單節長(cháng)度約1.5 m，直徑約8 cm。

　　(2) 數據處理傳輸系統

　　數據處理傳輸系統由鋰電池、單片機、AD模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊及顯示屏等組成。推薦一種典型的系統架構方案，見(jiàn)圖5。

　　3.3 檢測原理

　　A、B為電網(wǎng)架信號輸入點(diǎn)，C、D為模數信號采樣點(diǎn)；S為檢測回路選擇開(kāi)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電氣參數檢測電路見(jiàn)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(xiàn)后，R1與 R2 形成高阻抗，電網(wǎng)不識別為觸發(fā)報警，不進(jìn)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(xiàn)后，R3與R4形成低阻抗，電網(wǎng)識別為觸發(fā)報警，進(jìn)行脈沖打擊。

　　由于電網(wǎng)輸出限流及低阻抗拉幅效應，流經(jīng) R3 的脈沖電流不具備連續平滑波形，無(wú)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

　　根據電量計算公式 Q l t = × ，對單個(gè)脈沖電流進(jìn)行時(shí)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）持續打擊時(shí)間檢測原理

　　進(jìn)行輸出電流或打擊電量檢測時(shí)，測量單次打擊周期并累計打擊次數，二者相乘即得知打擊輸出總時(shí)長(cháng)。

　　5）輸出短路報警檢測原理

　　使用雙頭帶線(xiàn)鱷魚(yú)夾短路AB兩點(diǎn)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

　　新型檢測設備內置鋰電池，無(wú)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，有效保障了現場(chǎng)檢測人員的安全；信號采集和數據處理傳輸可靠，檢測結果精度較高。

　　總體相較于以往的現場(chǎng)檢測操作，其安全性、操作性、置信度等方面都得到顯著(zhù)提升。

　　4 結論

　　經(jīng)多次調試和優(yōu)化，新型檢測設備體積小巧適合單人攜帶，現場(chǎng)檢測用時(shí)可控制在30min以?xún)韧瓿?，檢測數據精度高，具有優(yōu)異的實(shí)用性，已投入運用。綜上，本文解決了周界防范高壓電網(wǎng)裝置的快速現場(chǎng)檢測難題，縮短了現場(chǎng)檢測時(shí)間，提高了實(shí)測數據可靠性，降低了檢測操作危險性。為同行業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品現場(chǎng)檢測提供了參考依據和解決方案。

　　參考文獻

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　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第10期第70頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。