自励型防人身触电警示装置的研究

　　【摘 要】随着国民经济的快速发展，地区基础设施建设施工频繁。吊车、施工、风筝、钓鱼等误碰导线引起电力线路跳闸的情况时有发生。究其原因一是人们缺乏电气安全常识，二是现场缺乏必要的安全警示提醒标志，导致车辆、机具、认为误碰运行中的电力线路，给电力线路的运行造成了严重的安全隐患。

　　【关键词】装置;原理;运用

　　引言

　　自励型防人身触电警示装置就是解决上述矛盾而开发的一种警示装置。本装置可以发出强光、高音告警。正常运行情况下，在夜间、白天发出强光，可见距离视天气状况可以达到100-500米。在安装有雷达的装置上，可以实现对接近导线的机具、车辆、人员的感知，根据电力线路运行电压等级的不同设置不同的告警距离。当有异物接近导线时，发出频闪光(高压危险和禁止垂钓)，同时发出警告音，提醒车辆驾驶员、垂钓爱好者注意上方带电导线，降低外力破坏造成电力线路跳闸的可能性。

　　自励型防人身触电警示装置可以广泛应用在城乡结合部，运行环境复杂，施工工地附近，道路、桥梁附近、鱼塘、河流等易发生碰触导线问题的电力线路上，可以永久安装，也可以根据实际情况临时安装，安装简便，使用方法灵活。可有效对碰触导线的危险进行告警和预警。

　　经过分析外力破坏造成的电力线路跳闸，占全年累计电力线路跳闸原因的20%左右，给电力企业的安全生产，地区电网的稳定均造成严重影响，造成事故跳闸的直接经济损失在数万至数十万不等。本项目实施后可以有效降低外力破坏造成的电力线路跳闸事故。每年产生直接经济效益在15-150万元之间，间接经济效益(考虑停电造成的电量损失)在50-550万元之间。降低跳闸率还直接提到了电网可靠性，获取较好的社会效益。

　　1.目前该类型装置的社会应用情况

　　由于施工车辆、机具、放风筝、垂钓等碰触导线造成的跳闸在近年来占比较大，所以国内的防外力破坏研究也是在近年来才兴起的新型技术。与本产品相似的装置目前还没有见过报道。一般情况下仅制作简易反光牌挂放于事故多发处，但此种反光牌需要光线照射反光方可见，效果并不明显。

　　目前国内外针对类似线路的警示项目的研究还不多，主要是针对高压取电的项目研究以及针对电子显示的项目研究，也有一些厂家在研发类似的设备，但还没有成型的产品，大量的在使用金属警示牌，印反光警示字，以提醒相关车辆塔吊人员。

　　2.研究的内容及原理

　　本装置的供电是利用自励型感应取电技术，通过电力线路周围感应的电磁能量来获取电能。本装置将输电线路导线周围的电磁能量转化为电能，为安装在导线上的LED警示牌提供稳定的电源，能保证负载设备的长期稳定供电。同时，利用先进的白光LED发光技术，提高警示牌在夜间的可视距离，并结合微波雷达探测技术，实现对接近导线的机具、车辆、人员、异物的感知。当有物体接近导线时，发出频闪光，同时发出警告音，提醒车辆驾驶员或机具操作员注意上方带电导线，降低外力破坏造成配电线路跳闸的可能性。

　　自励型感应电源的基本原理：

　　我国的高压交流线路指10KV、35kV、110kV、220kV、500kV、750kV和1000kV(后两项仅在国网存在)等级的线路。线路有单导线、二分支导线和四分支导线等，常用的导线截面积(mm2)等级为：50、70、95(以上仅在35kV线路用)、120、150、185(以上仅在110V线路用)、240、300、400，二分支线2x185、2x240、2x300、2x400、2x500、2x600、2x630、2x700和四分支线4x300、4x400、4x500、4x600等。

　　根据电学原理(法拉第法则)，对电磁场进行割切，就会感应出电荷，现在的电磁场是按工频作正弦规律变化的，对以一定方式放置在此电磁场内的金属导体就会存在割切，就会感应产生电能，这就是感应取电(也称CT取电)的基本原理。

　　白光LED技术发光原理：

　　50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 LED发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

　　微波雷达探测技术原理：

　　雷达式微波探测器是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。

　　采用多普勒雷达的原理，将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应管作微波固态振荡源，通过与波导的组合，形成一个小型的发射微波信号的发射源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源耦合回来的信号混频，从而得到一个频率差，再送到低频放大器处理后控制报警的输出。微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透。

　　3.该装置的关键点及难点

　　(1)一体化设计解决绝缘难的技术。感应取电的互感器套在感应导线上，尽管用环氧树脂灌注的互感线圈具有约3kV的耐压，但远低于线路上的高压，因此，通过电源导线连接的用电设备不宜安装固定在桿塔铁架上(绝缘难解决!)。从方便与可靠考虑，互感器、电源单元和用电设备都安装在与高压线同一等电位体上。这样，用电设备本身的体积重量要受限制，而对环境气候的适应性、使用寿命及可靠性都要相当高;用电设备内的元器件能在强电磁场下正常工作。

　　(2)宽范围电流取电技术。电力线路上的负荷随季节、假期、昼夜等起伏很大，而固化在互感器内的线圈变比是固定的，虽然，电源单元的电子电路在一定范围内具有稳压的能力，但高压线路电流的起伏范围要远大于能稳压的范围，特别是短路电流(达几十上百kA)出现瞬间，对电源单元和用电设备的安全造成严重威胁!冬季夜间的低负荷电流，又会因供出电能太低使用电设备不能正常工作。

　　面对这个还未彻底解决的技术问题，目前，厂家提出订购“CT取电”电源时，要求用户给出电力线路的平均电流或选定厂家划分的起伏范围。

　　事实上，解决这项技术问题，我们还需要努力，需要探索!诸如：采用选择利用铁芯材料的“磁滞回线”特性，使在小电流时，工作在导磁率高特性，特大电流时工作在深度磁饱和特性;

　　又如：随线路电流大小自动改变铁芯的磁阻;又如：采用几个不同导磁率，不同变比的互感器同时挂在一条高压线路上，随线路电流大小自动选取合适的互感器供电;又如：针对短路特大电流的瞬间，自动跳开给电源单元的供电，保护用电设备，电流回复正常又能正常供电;又如：针对短路特大电流的瞬间，通过增挂的“电势湖”或“超电容”，压低供电的浪涌等等，都还要研究和实践。

　　(3)微波雷达探测技术的稳定性。采用多普勒雷达的原理，探测超高车辆、异物，由于导线不断晃动，探测的准确性也是项目研究的关键。

　　4.装置的经济效益和社会效益

　　本项目实施后可以有效降低外力破坏造成的电力线路跳闸事故。每年产生直接经济效益在15-150万元之间，间接经济效益(考虑停电造成的电量损失)在50-550万元之间。降低跳闸率还直接提到了电网可靠性，提高了客户的满意度，获取较好的社会效益。

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文章名称： 自励型防人身触电警示装置的研究

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