周界防范高压电网装置的快速现场检测技术研究

　　雷晓阳，朱乃榕，李 敏（福建省产品质量检验研究院，福州 350002）

　　摘 要：简要介绍周界防范高压电网装置的原理和国家标准要求，针对进行快速现场检测存在的技术难题，提出一种检测方法及新型检测设备的设计方案，缩短了现场检测时间，提高了实测数据可靠性，降低了检测操作危险性。为同行业的相关产品现场检测提供了参考依据和解决方案。

　　关键词：周界防范高压电网装置；电击性能；快速现场检测；数据处理传输系统；GB 25287-2010

　　0 引言

　　周界防范高压电网装置是一种利用脉冲电压进行打击和防范不法分子侵入或逃脱禁区的装置，被广泛运用于看守所、监狱、拘留所、戒毒所、弹药库、物资库、军械库、金库、军事禁区、电力变电站等特殊行业场所。现场布置见图1。

　　周界防范高压电网装置一般是由电脑端主控机、室外高压分机和打击电网架组成周界防范系统。电脑端主控机向室外高压分机发送报警触发阈值，之后室外高压分机通过带有限流功能的升压器模块将市电转化为所需高压，再在打击电网架上输出单个周波进行自检。当回路电流和电量超过报警触发阈值（发生触网），系统报警并由室外高压分机在打击电网架上持续输出一定电量的高压进行打击，直至出现脱网或打击周期结束。周界防范高压电网装置的电脑端主控机一般安装于监控室内，便于监控是否发生触网，室外高压分机安装于每段防区的头尾处，打击电网架依托周界围墙架设。周界防范系统布局见图2。

　　1 GB 25287-2010标准内容介绍及现场检测技术难点

　　我国针对周界防范高压电网装置的现行国家标准是GB 25287—2010《周界防范高压电网装置》。该标准取代了原公安行业标准GA 247—2000《监所周界高压电网装置》，是周界防范高压电网装置建设和验收的唯一标准。

　　GB 25287—2010规定，打击电网架由5根金属线（含1根地线）和金属支架组成。金属线等距安装在金属支架上，线间距离和最小离墙距离为20 cm，金属支架与垂直墙面呈90°或135°（内倒式），金属支架与水平地面距离4 m。牢固安装后的打击电网架具备防攀爬、防跨越的能力。网架安装示意图见图3。

　　同时，GB 25287-2010规定了周界防范高压电网装置的主要打击性能指标（打击电网架任意2根金属线回路间的输出参数）如下。

　　•输出电压范围：3 000~6 000 V（注：最高允许10 000 V）；

　　•最大输出电流：500 mA，最小输出电流：40 mA；

　　•最大打击电量：60 mC，最小打击电量：30 mC；

　　•持续打击时间：15 min以上；

　　•输出短路报警：2 s以内。

　　以上检测项目也经常作为已施工铺设后的周界防范高压电网装置验收的必测项目。然而，在进行实际的现场检测时，存在许多技术难题，例如如下案例。

　　1）电网布设墙体为垂直面，没有合适位置放置检测仪器。如果将仪器放置于地面，测试导线延长4~5 m后再进行测量，由此产生的分布电容会干扰信号采集，造成衰减从而影响检测数据可信度；

　　2）金属支架离地较高，检测人员需要运用爬梯靠近电网后再进行检测。整体操作空间较小，一方面有高压触电风险（打击电网与大地为同一回路）；另一方面要维持爬梯平衡，增加了现场检测工程师的心理压力和检测难度。

　　3）金属支架整体宽度超过人手长度，远离墙体的金属线难以触及。

　　4）诸多环境限制，特别是金库、监区等不间断运行场所，从安保角度出发严格控制现场检测的耗时及所携带的仪器数量，检测时间有限，且不得使用爬梯。

　　由此可见，周界防范高压电网装置的现场检测十分复杂和危险，而安全快速地完成现场检测验收工作又是保障该类场所稳定运营的重要环节。

　　2 现场快速检测技术研究

　　笔者从事电子产品检验技术研究多年，结合电力电子检测和无线数据传输技术，为解决周界防范高压电网装置现场检测存在的复杂性和危险性，提出了一种检测方法及新型检测设备的设计方案。

　　2.1 设计思路

　　1）新型检测设备分为检测数据发送端、检测数据接收端及伸缩绝缘杆3个部分；

　　2）检测数据发送端安装在伸缩绝缘杆内部，绝缘杆可伸长至周界防范高压电网装置打击电网架附近，与金属线挂接形成回路；

　　3）检测数据发送端对周界防范高压电网装置的输出特性进行检测（先由电压衰减器将高压衰减为低压，再使用高速AD进行电压信号的模数转换），数据采集处理后再通过无线传输模块，发送数据到检测数据接收端；

　　4）检测人员持有检测数据接收端，接收输出特性数据后，进行处理、计算、显示并判断结果。

　　2.2 设备模型

　　1）伸缩绝缘杆模块绝缘杆的纵轴线剖面见图4。L1、L2为钩型或直型金属棒，适合挂接水平角或斜度角的电网架金属线；A、B为电网架信号输入点，连接MD；MD为检测数据发送端（具备电气参数检测功能以及数据处理发送功能）；H1、H2、H3为3段可伸缩绝缘杆杆节，总长度超过4 m，单节长度约1.5 m，直径约8 cm。

　　(2) 数据处理传输系统

　　数据处理传输系统由锂电池、单片机、AD模块、无线传输模块及显示屏等组成。推荐一种典型的系统架构方案，见图5。

　　3.3 检测原理

　　A、B为电网架信号输入点，C、D为模数信号采样点；S为检测回路选择开关； R R 1 2 、 为高压分压电阻（电压衰减器），R3为人体模拟阻抗，R4为标准分流器；A、S、 R1 、 R2 、C、B组成输入电压检测回路；A、S、 R3 、 R4 、D、B组成输出电流、打击电量检测回路。MD电气参数检测电路见图6。

　　1）输入电压检测原理

　　S连接R1。当L1、L2挂接到电网架金属线后，R1与 R2 形成高阻抗，电网不识别为触发报警，不进行打击，AB两端电压即为输出电压。

　　R1与R2阻值比为999：1，R2分压为0.1%，采集CB两端电压 U CB （约0~10 V），放大1 000倍可得AB两端电压U AB。

　　输入电压计算公式：U AB =1 000×U CB 。

　　2）输出电流检测原理

　　S连接 R3 。当 L1 、 L2 挂接到电网架金属线后，R3与R4形成低阻抗，电网识别为触发报警，进行脉冲打击。

　　由于电网输出限流及低阻抗拉幅效应，流经 R3 的脉冲电流不具备连续平滑波形，无法使用互感器获得电流值，而采集R4两端电压U DB ，除以R4阻值可换算为脉冲电流。

　　输出电流计算公式：I U R U = =DB DB/ 4 /10。

　　3）打击电量检测原理

　　根据电量计算公式 Q l t = × ，对单个脉冲电流进行时间积分，可得到单周期的打击电量。

　　打击电量计算公式：Q= ∫ I dt= ∫ U DB /10 dt。

　　4）持续打击时间检测原理

　　进行输出电流或打击电量检测时，测量单次打击周期并累计打击次数，二者相乘即得知打击输出总时长。

　　5）输出短路报警检测原理

　　使用双头带线鳄鱼夹短路AB两点后，再次挂接到电网上，即完成短路操作。

　　3.4 技术优势

　　新型检测设备内置锂电池，无需市电运行，摆脱了供电环境束缚；高压检测电路经由绝缘杆，与检测人员（保护大地）隔离，有效保障了现场检测人员的安全；信号采集和数据处理传输可靠，检测结果精度较高。

　　总体相较于以往的现场检测操作，其安全性、操作性、置信度等方面都得到显著提升。

　　4 结论

　　经多次调试和优化，新型检测设备体积小巧适合单人携带，现场检测用时可控制在30min以内完成，检测数据精度高，具有优异的实用性，已投入运用。综上，本文解决了周界防范高压电网装置的快速现场检测难题，缩短了现场检测时间，提高了实测数据可靠性，降低了检测操作危险性。为同行业的相关产品现场检测提供了参考依据和解决方案。

　　参考文献

　　[1]阎淮海,代强,赵继新,等.周界防范高压电网系统电击强度的测量方法[J].科技经济导刊,2016,(28):9-11.

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　　[4]CN-GB.周界防范高压电网装置[S].2010.

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第70页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。