摘要：随着社会经济的不断发展，我国的电网事业也取得了很大的发展与突破，在人口不断扩大的基础上电力部门的供电量也在不断增加，而对供电的质量也提出了更高的要求。对输电线路设备进行带电水冲洗是防止电网发生污闪事故的简便有效且经济效益高的方法。本文基于车载式的水冲洗装置，集多种传感测距技术、场强距离预警技术、视频监控系统等，设计了一套可视化的安全防护系统。提出通过视频监控系统实现水枪喷嘴对冲洗绝缘子的测距瞄准功能。通过超声波测距技术实现对水枪平台的安全防护。
关键词：输电线路；带电水冲洗装置；安全防护
引言
近年来，由于全球气候环境的逐年恶化及电网容量迅速扩增、高电压等级电网的投入使用，输电线路绝缘子上污秽严重，在潮湿气候条件下，绝缘性能下降，电网设备发生污闪停电、断线事故呈现出频率高、面积广的趋势，导致巨额的经济损失。
1输电线路带电水冲洗概述
1.1输电线路带电水冲洗装置的组成
输电线路带电水冲洗装置由制水设备（车）、运水设备（车）、冲洗设备（车）及塔上作业设备等组成。其作业流程一般采用超纯水处理设备（车）到达到离现场附近便于取水的地点固定制水，冲洗设备（车）开至所能到达的离杆塔最近位置。当冲洗设备（车）距离拟冲洗的铁塔在一定距离范围内（最远作业半径达到300m），可利用水管收放小车将多组水管连接敷设至塔下和塔上，实施冲洗作业。运水设备的主要功能是将制水设备（车）生产出的超纯水转运至冲冲洗设备（车）里。
1.2输电线路带电水冲洗的特性
输电线路带点水冲洗是利用一股流速很高的水柱对绝缘子进行冲洗，能够实现带电冲洗，主要利用水柱的两个特性：冲击力和绝缘性能。
1）冲击力：水柱离开水枪喷口后有足够高的速度，当它射到绝缘子表面时仍具有足够的动能，从而产生一定的冲击力，把沉积在绝缘子表面的污秽物质冲刷掉；2）绝缘性能：在带电水冲洗中应用的水满足一定的电阻率要求，水柱具有一定的绝缘性能，可以作为冲洗系统中的主绝缘或组合绝缘的一部分，保证作业人员的人身安全和设备安全。
2安全防护系统设计
2.1安全防护系统的组成
本文所述带电水冲洗装置位于车载伸缩臂式的高空作业车平台上，可对55m以下的500kV输电线路进行作业。由于高空中的水枪喷头工作平台离地面距离远，地面人员难以看清，导致与输电线路发生碰撞、触电的危险因素大，因此应确保安全性为第一重任，需使伸缩臂、水枪和绝缘子与输电导线之间处于安全距离的要求，应配备必要的安全防护系统。安全控制系统硬件整体结构如图1所示。
图1 车载式的带电水冲洗装置的安全防护系统组成
该安全防护系统的工作机理是当冲洗作业车停稳后，伸缩臂开始上升至相应高度对绝缘子进行冲洗作业而进行的安全防护。当伸缩臂开始上升时，由视频监控系统全方位实时查看伸缩臂周围环境，防止与周围物体相碰撞。当上升到与输电线路较近距离时，由场强距离预警系统实时定位伸缩臂水冲洗装置与输电线路的距离，防止进入危险距离而发生触电事故，当不小心进入设定的危险距离时则发生报警，若未及时进行调整，则进入锁定状态停止动作。最后由测距瞄准系统使水枪与绝缘子在安全距离内进行对准后，开始冲洗作业。
2.2安全防护的关键环节
2.2.1场强距离预警。带电水冲洗系统在高压输电线路下进行水冲洗作业时，需与绝缘子保持一定的安全距离，根据不同的线路电压和水枪喷嘴直径大小，此安全距离约为4-10m。由于绝缘子与导线相连接，而安全距离具有相对较大的范围，因此，水冲洗系统与绝缘子的安全距离也可近似看成与输电导线的安全距离。输电设备在伸缩臂作业上升过程中，普通的传感器测距如激光测距、红外线测距、超声波测距，甚至雷达测距等都难以测量到相对较小的输电设备，无法对障碍物进行无缝检测，从而易引发触电、碰撞事故。多回路输电线路同塔架设或平行架设时，输电线路周围的工频电场强度还与其相序排序、相间距离有关，甚至与温度和湿度也有关系。在其他条件不变的情况下，工频电场强度与距离存在一定的函数关系。但由于线路周围的电场强度分布不均，相同距离的不同点的场强也未必相同，因此，简单地通过测量的感应场强不能准确地反映场强与线路距离之间的关系。通过提出的场强矢量定位方法，结合场强测量点的移动特征，可较准确地得到场强测量点相对输电线路的位置和距离，进而由提出的两点场强定位作业伸缩臂与输电线路的相对距离。
2.2.2水枪平台安全防护
水枪喷嘴在高空作业中，由于距离远、物体小，通过视频难以看清水枪与绝缘子是否瞄准，也难以判定水枪平台与高压输电线路是否处于安全距离范围，在冲洗作业水枪调整正确位置前不仅会造成大量绝缘水浪费，而且易发生碰撞事故。伸缩臂端头的水枪平台呈细长方形大小，约为1000mm*300mm*50mm，为了防止其碰撞到非带电物体，弥补场强距离预警的不足，必须另外对其加以防护措施。根据其工作环境和伸缩臂的动作惯性，需要防碰撞范围约为1-3m。由于超声波传播距离较远、衰减小、抗雨雪雾的穿透能力强、抗电磁干扰强，且超声波传感器结构简单、体积小、费用低、信息处理简单可靠，因此在水枪平台前、左、右三面布置超声波传感器，即能覆盖整个水枪平台测距范围要求，可无盲区地对其进行保护。
3报警和限锁控制
3.1 辅助信息检测
《电力设备带电水冲洗导则》规定，电力设备带电水冲洗一般应在良好天气时进行，风力大于四级且气温低于０℃以及雨雪、雾天和雷雨天气不宜进行，因此，防护系统配置温控和湿控装置，当达不到天气条件时，可使系统发出警报。由于作业车在行走时和在冲洗过程中水泵震动等原因，影响到安全防护系统的可靠性。为了有效解决车辆的冲击和震动问题，中央控制系统采用无风扇结构，保证CPU的抗震性能，同时采用不含机械结构的固态存储器件、载板随机存储器存储器件，在器件连接处加装缓冲贴片等措施，提高整体系统的防震能力。另外配备了在天气状况不佳时的现场照明系统。液位传感系统用以检测水箱水位，防止水源中断致使水路系统失压，发生故障。系统还可对电源进行实时检测，在电源电压不足时进行充电控制或报警提示。
3.2报警过程控制
以上带电水冲洗安全防护系统各传感检测器在作业过程中均实时进行检测。中央控制系统实时获取各种传感器信息后按照安全策略进行处理。这些信息包含水枪喷嘴测距瞄准、场强距离预警、水枪平台安全防护和水箱液位检测等。各种不同的检测信息根据不同的作业环境可设置不同的报警阈值，依据设定的报警阈值输出报警信息。报警模式分为两级模式，第1级为水冲洗系统接近危险状态时，采取声光报警，提醒工作人员注意，当工作人员未及时采取措施致使水冲洗系统达到危险状态后，自动进入到第2级限锁模式，通过继电器来驱动安全阀，使伸缩臂锁定停止动作。最后调整伸缩臂的移动方向，脱离危险状态。
结语
为了能够保证输电线路正常运行，所以很多工作人员都进行带电作业，但这样就增加了工作人员的危险系数，因此对带电作业人员人身安全进行防护是非常重要的。随着带电作业技术的成熟，其防护技术自然也会相应的提高。
参考文献：
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[3]吴君，戴炜，曾辉武.输电线路带电水冲洗装置及技术[J].低碳世界，2015，01.
论文作者:周鹏程,张武,张义炜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：作业论文; 距离论文; 水枪论文; 线路论文; 场强论文; 绝缘子论文; 安全防护论文; 《电力设备》2018年第4期论文;