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）

　　摘?要：簡要介紹周界防范高壓電網(wǎng)裝置的原理和國家標(biāo)準(zhǔn)要求，針對進(jìn)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(jìn)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(yùn)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。現(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(jī)、室外高壓分機(jī)和打擊電網(wǎng)架組成周界防范系統(tǒng)。電腦端主控機(jī)向室外高壓分機(jī)發(fā)送報警觸發(fā)閾值，之后室外高壓分機(jī)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(jìn)行自檢。當(dāng)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(jī)在打擊電網(wǎng)架上持續(xù)輸出一定電量的高壓進(jìn)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(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容介紹及現(xiàn)場檢測技術(shù)難點(diǎn)

　　我國針對周界防范高壓電網(wǎng)裝置的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)是GB 25287—2010《周界防范高壓電網(wǎng)裝置》。該標(biāo)準(zhǔn)取代了原公安行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。

　　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(biāo)（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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(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(yuǎn)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(yùn)行場所，從安保角度出發(fā)嚴(yán)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(yùn)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(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(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(jìn)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(diǎn)，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。

　　(2) 數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)由鋰電池、單片機(jī)、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(diǎn)，C、D為模數(shù)信號采樣點(diǎn)；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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(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(dāng) 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(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(shè)備內(nèi)置鋰電池，無需市電運(yùn)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(hù)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(yùn)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(xiàn)

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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。