楊 嫻，黃開來，馮彥元，李佳瑩，邢 菁，顧婷婷

(海南電網公司電能計量中心，海南 ?？?570100)

0 引言

省級電網公司電能計量中互感器實驗室一般都要開展電流互感器試驗和電壓互感器試驗，按照試驗項目分為互感器誤差試驗和耐壓試驗，互感器在進行耐壓試驗和PT試驗時，會產生高達幾萬伏的高電壓，電流互感器在開路運行時其二次也會產生尖峰電壓，危及儀器設備和人身安全，對其必須進行安全防護和過程控制。范蕾[1]對互感器實驗室安全閉鎖門禁進行了研究，但未涉及過程保護，保護功能單一；王建民[2]闡述了高壓實驗安全閉鎖裝置的方案研究，但設計復雜，效果存疑；李冠[3]、寇黨軍[4]、侯宇剛[5]側重介紹煤礦礦井復雜環(huán)境下的人機閉鎖保護，其保護控制方法可供參考，但其環(huán)境與電能計量中心試驗環(huán)境迥異，不具有參考性。本文針對電能計量中心互感器試驗時存在的用電安全和人身安全問題進行了實驗室安全聯(lián)鎖和過程保護研究，并進行了系統(tǒng)設計。

1 互感器試驗安防設計

互感器實驗室在進行耐壓試驗和誤差試驗時，試驗過程會產生高電壓，如果試驗場地不具備安全防護，有人誤入試驗區(qū)域或工作人員在不停電情況下進入試驗區(qū)域進行人工操作，會危及人身安全，損壞試驗設備，造成安全事故。所以，首先必須設定試驗區(qū)域，設置安全圍欄，并進一步采取實驗室安全聯(lián)鎖設計，以保證互感器試驗安全可靠順利進行。

1.1 安全圍欄設計

首先根據互感器試驗電壓等級來設定試驗時的安全距離，進而根據試驗標準器及試品體積大小及換接線操作空間最終確定安全圍欄的區(qū)域為6 m×5 m四邊形。

安全圍欄采用優(yōu)質不銹鋼管混合鋼絲繩的固定式防護，管材采用耐磨性好、抗疲勞強度不低于304不銹鋼的鋼管管材，具有良好的焊接性，鋼絲繩采用優(yōu)質多股鋼絲。在面向互感器試驗臺體一側圍欄靠右位置安裝1.5 m帶閉鎖開關的防護門，安全圍欄示意圖如圖1所示，圍欄高為1.6 m。

圖1 不銹鋼安全圍欄示意圖

1.2 防護門安全聯(lián)鎖設計

防護門安全聯(lián)鎖裝置由閉鎖開關、指示燈、控制線路等部件組成，這是為了實現(xiàn)圍欄防護門與試驗臺體裝置的電氣聯(lián)鎖，確保檢定工作安全可靠，其電氣原理圖如圖2所示。

圖2 互感器試驗主回路及聯(lián)鎖保護原理圖

圖2中，A0、N0為市電交流220 V輸入端，KG為空氣開關，JQ為交流接觸器控制線圈，JQ1、JQ2為交流接觸器主回路常開功率觸點，JQ3、JQ4為交流接觸器常開輔助觸點，JQ5為交流接觸器常閉輔助觸點，TQ為電壓調節(jié)器，其輸入為220 V，輸出為0 V～250 V，SLY為升流/升壓器，輸出端為A1、N1，AN1為試驗臺體啟動按鈕，AN2為試驗臺體停止按鈕，LS為聯(lián)鎖裝置，聯(lián)鎖裝置由防護門閉鎖開關、光幕保護開關、過流保護開關串聯(lián)組成。LED1為啟動指示燈，工作時發(fā)綠色光；LED2為停止指示燈，工作時發(fā)紅色光；LH為過流保護裝置。

如圖2所示，只有當聯(lián)鎖裝置LS為閉鎖，即導通狀態(tài)時，按下啟動按鈕AN1，交流接觸器控制線圈JQ工作，JQ3觸點呈自鎖狀態(tài)，JQ1和JQ2觸點導通，電壓調節(jié)器TQ供電。LED1指示啟動，綠燈亮，LED2熄滅，表示電壓調節(jié)器有電壓輸入，可工作；當按下AN2按鈕或聯(lián)鎖裝置LS斷開時，LED2指示停止，紅燈亮，JQ1和JQ2觸點斷開，電壓調節(jié)器無電壓輸入不工作。

防護門閉鎖開關是圖2中聯(lián)鎖裝置LS的一部分，其與試驗臺體按鈕開關AN1和AN2相關，當防護門閉鎖開關處于閉合狀態(tài)時，控制回路接通，試驗臺體LED1綠燈亮，圍欄指示燈亮紅燈，試驗主回路接通，試驗臺體進入檢定狀態(tài)，可控制電壓輸出到升壓器或升流器；只要防護門閉鎖開關不閉合，或試驗過程中有人打開防護門斷開閉鎖開關，互感器主回路控制回路就會斷開，這時圍欄指示燈滅，試驗臺體無電壓輸出到升壓器或升流器，從而保證工作人員或進入試驗區(qū)域人員的人身安全。

1.3 光幕保護設計

為避免防護門單一閉鎖保護失效或電氣故障，設計了安全圍欄外圍的光幕保護設施以實現(xiàn)光電安防保護，光幕安全保護具有高靈敏度和高可靠性的特點[6]。

光幕安全保護的硬件設施與不銹鋼安全圍欄形式相同，其安裝于不銹鋼安全圍欄外圍，對角位置的一對管為發(fā)射管，另一對角位置的一對管為接收管，發(fā)射管等間距安裝多個紅外發(fā)射點，相鄰接收管相應有相同數(shù)量同樣排列的紅外接收點，每一個紅外發(fā)射管都對應一個相應的紅外接收管，且安裝在同一直線上，發(fā)射紅外線形成光幕。當同一條直線上的紅外發(fā)射管、紅外接收管之間無障礙物或光幕中沒有物體通過時，紅外發(fā)射管發(fā)出的調制信號(光信號)能順利到達紅外接收管，當紅外接收管接收到調制信號后，相應內部電路輸出低電平；而當有障礙物或光幕中有物體通過時，紅外發(fā)射管發(fā)出的調制信號(光信號)不能順利到達紅外接收管，這時紅外接收管接收不到調制信號，相應內部輸出為高電平，從而斷開閉鎖裝置LS，主回路無電壓輸出至電壓調節(jié)器，同時警告指示燈閃亮并發(fā)出聲音提示。

1.4 過流保護

過流保護本質上屬于互感器試驗的過程保護，但又與控制回路聯(lián)鎖裝置緊密相關，過流保護原理線路如圖3所示。

圖3 過流保護原理線路

圖3線路中，電流互感器采用CT-50A/5A，即為圖2中的LH，CT-50A/5A為取樣電流互感器，Vcc、GND1為比較器電源，V0為參考信號，LK為過流繼電器控制線圈。當線路a中電流超過50 A時，取樣信號經電流信號采樣、信號調制輸出一個大于V0的信號，經過比較，使比較器輸出為低電平，從而觸發(fā)過流保護繼電器動作，使圖2聯(lián)鎖裝置動作，切斷控制回路，形成過電流保護，從而避免電源設備過載，保護升壓器或升流器前端設備。

2 聯(lián)鎖裝置系統(tǒng)設計

為了實現(xiàn)互感器試驗時用電安全和人身安全的保護，本文對互感器試驗聯(lián)鎖裝置進行系統(tǒng)設計研究，研制了防護門閉鎖保護、光幕安全防護和過流保護三重保護，如果將三者保護設定為A、B、C三項保護事件，則聯(lián)鎖裝置保護事件的結果ls為：

ls=A‖B‖C.

(1)

即式(1)中事件ls的結果為：只要A、B、C三者任一保護事件發(fā)生，ls即實現(xiàn)保護；反之，只有三者都為閉鎖狀態(tài)時，即聯(lián)鎖裝置導通，才能閉合控制回路，實現(xiàn)主回路通電。

3 互感器試驗過程保護

互感器在進行誤差試驗時，通常會發(fā)生“極性反”、“變比錯”和“開路”等三種錯誤情況。針對三種不同情況，設計互感器試驗的過程保護是必要的。

3.1 開路情況

(1) 在進行CT試驗時，如果存在標準器或試品任意一種二次開路情況，這時互感器校驗儀百分表指示接近為“0”，或百分表提升得極慢，這時校驗系統(tǒng)軟件會提示“二次開路”。

(2) 在進行PT試驗時，如果存在標準器二次開路，互感器校驗儀百分表指示為“0”，如果試品二次開路，則校驗儀誤差會大于10%，校驗儀和校驗系統(tǒng)軟件會顯示“越限”。

以上“開路”情況下校驗系統(tǒng)會控制電壓調節(jié)器電壓歸零，從而確保試驗安全，并可重新檢查接線。

3.2 極性反

在進行CT或PT試驗時，如有標準器或試品“極性”接反，則互感器校驗儀比值差|f|≈200%，校驗儀百分表在5%時根據f值判斷，校驗系統(tǒng)軟件會發(fā)出指令，控制電壓調節(jié)器輸出電壓歸零，避免燒壞校驗儀差值回路器件。

3.3 變比錯

當試品銘牌標識錯誤或接線錯誤時，會發(fā)生“變比錯”的情況，“變比錯”是由于標準品和試品變比不一致而導致的，常發(fā)生于電流互感器檢定中。當發(fā)生“變比錯”時，互感器校驗儀比值差|f|≥5%，此時校驗系統(tǒng)軟件會發(fā)出指令，控制電壓調節(jié)器輸出電壓歸零，并根據標準器變比計算出試品的正確變比或提示檢查接線以及是否為標準器變比接錯。

以上三種情況皆發(fā)生在互感器檢定過程中，通過校驗儀數(shù)據判斷接線錯誤情況，控制試驗臺體電壓輸出，可有效避免試驗中過電壓過電流危及設備和人身安全，并提供檢定工作過程保護。

4 結束語

本文對互感器實驗室安全聯(lián)鎖裝置進行了研發(fā)，實現(xiàn)了以下功能：

(1) 采用不銹鋼管材混合鋼絲繩組成安全圍欄，有效區(qū)分了高壓試驗區(qū)和非試驗區(qū)，提供了試驗的安全距離，通過硬件設施的物理隔離，有效地避免了外人或物體侵入試驗區(qū)域，避免可能的高壓電擊。

(2) 設置安全圍欄防護門閉鎖開關、光幕安全保護及過流保護，通過硬件控制和軟件防護提供了三重保障。光幕保護安全靈敏快速；防護門閉鎖防護效果直觀可復現(xiàn)，避免了工作人員和外人誤入試驗區(qū)，根除了工作人員帶電作業(yè)隱患，解決了互感器試驗用電安全和人身安全。

(3) 融合互感器檢定時的過程保護，能及時發(fā)現(xiàn)檢定時的接線錯誤，避免燒壞儀器設備，保證了檢定工作的順利進行，使得安防和保護效果顯著。