周界防范高壓電網裝置的快速現場檢測技術研究

　　雷曉陽，朱乃榕，李?敏（福建省產品質量檢驗研究院，福州?350002）

　　摘?要：簡要介紹周界防范高壓電網裝置的原理和國家標準要求，針對進行快速現場檢測存在的技術難題，提出一種檢測方法及新型檢測設備的設計方案，縮短了現場檢測時間，提高了實測數據可靠性，降低了檢測操作危險性。為同行業的相關產品現場檢測提供了參考依據和解決方案。

　　關鍵詞：周界防范高壓電網裝置；電擊性能；快速現場檢測；數據處理傳輸系統；GB 25287-2010

　　0 引言

　　周界防范高壓電網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場所。現場布置見圖1。

　　周界防范高壓電網裝置一般是由電腦端主控機、室外高壓分機和打擊電網架組成周界防范系統。電腦端主控機向室外高壓分機發送報警觸發閾值，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化為所需高壓，再在打擊電網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閾值（發生觸網），系統報警并由室外高壓分機在打擊電網架上持續輸出一定電量的高壓進行打擊，直至出現脫網或打擊周期結束。周界防范高壓電網裝置的電腦端主控機一般安裝于監控室內，便于監控是否發生觸網，室外高壓分機安裝于每段防區的頭尾處，打擊電網架依托周界圍墻架設。周界防范系統布局見圖2。

　　1 GB 25287-2010標準內容介紹及現場檢測技術難點

　　我國針對周界防范高壓電網裝置的現行國家標準是GB 25287—2010《周界防范高壓電網裝置》。該標準取代了原公安行業標準GA 247—2000《監所周界高壓電網裝置》，是周界防范高壓電網裝置建設和驗收的唯一標準。

　　GB 25287—2010規定，打擊電網架由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架具備防攀爬、防跨越的能力。網架安裝示意圖見圖3。

　　同時，GB 25287-2010規定了周界防范高壓電網裝置的主要打擊性能指標（打擊電網架任意2根金屬線回路間的輸出參數）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；

　　?持續打擊時間：15 min以上；

　　?輸出短路報警：2 s以內。

　　以上檢測項目也經常作為已施工鋪設后的周界防范高壓電網裝置驗收的必測項目。然而，在進行實際的現場檢測時，存在許多技術難題，例如如下案例。

　　1）電網布設墻體為垂直面，沒有合適位置放置檢測儀器。如果將儀器放置于地面，測試導線延長4~5 m后再進行測量，由此產生的分布電容會干擾信號采集，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后再進行檢測。整體操作空間較小，一方面有高壓觸電風險（打擊電網與大地為同一回路）；另一方面要維持爬梯平衡，增加了現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）諸多環境限制，特別是金庫、監區等不間斷運行場所，從安保角度出發嚴格控制現場檢測的耗時及所攜帶的儀器數量，檢測時間有限，且不得使用爬梯。

　　由此可見，周界防范高壓電網裝置的現場檢測十分復雜和危險，而安全快速地完成現場檢測驗收工作又是保障該類場所穩定運營的重要環節。

　　2 現場快速檢測技術研究

　　筆者從事電子產品檢驗技術研究多年，結合電力電子檢測和無線數據傳輸技術，為解決周界防范高壓電網裝置現場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送端、檢測數據接收端及伸縮絕緣桿3個部分；

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

　　3）檢測數據發送端對周界防范高壓電網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轉換），數據采集處理后再通過無線傳輸模塊，發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架金屬線；A、B為電網架信號輸入點，連接MD；MD為檢測數據發送端（具備電氣參數檢測功能以及數據處理發送功能）；H1、H2、H3為3段可伸縮絕緣桿桿節，總長度超過4 m，單節長度約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、無線傳輸模塊及顯示屏等組成。推薦一種典型的系統架構方案，見圖5。

　　3.3 檢測原理

　　A、B為電網架信號輸入點，C、D為模數信號采樣點；S為檢測回路選擇開關； 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圖6。

　　1）輸入電壓檢測原理

　　S連接R1。當L1、L2掛接到電網架金屬線后，R1與 R2 形成高阻抗，電網不識別為觸發報警，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 掛接到電網架金屬線后，R3與R4形成低阻抗，電網識別為觸發報警，進行脈沖打擊。

　　由于電網輸出限流及低阻抗拉幅效應，流經 R3 的脈沖電流不具備連續平滑波形，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，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，再次掛接到電網上，即完成短路操作。

　　3.4 技術優勢

　　新型檢測設備內置鋰電池，無需市電運行，擺脫了供電環境束縛；高壓檢測電路經由絕緣桿，與檢測人員（保護大地）隔離，有效保障了現場檢測人員的安全；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 結論

　　經多次調試和優化，新型檢測設備體積小巧適合單人攜帶，現場檢測用時可控制在30min以內完成，檢測數據精度高，具有優異的實用性，已投入運用。綜上，本文解決了周界防范高壓電網裝置的快速現場檢測難題，縮短了現場檢測時間，提高了實測數據可靠性，降低了檢測操作危險性。為同行業的相關產品現場檢測提供了參考依據和解決方案。

　　參考文獻

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　　[3]李麗穎.算數平均濾波算法在高壓脈沖打擊中的應用[J].電子質量,2018,(2):39-42.

　　[4]CN-GB.周界防范高壓電網裝置[S].2010.

　　本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第10期第70頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。