對電力系統(tǒng)中檢修掛接地線裝置的分析

王奇

(湖南科鑫電力設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410007)

在電力系統(tǒng)中，檢修工作是靠人工通過電話與電力調(diào)度聯(lián)系需要停電點，根據(jù)確定的停電點，電力調(diào)度進行網(wǎng)上停電，作業(yè)人員掛接地線，開始網(wǎng)上作業(yè)，作業(yè)完成后，拆接地線，報告電力調(diào)度，電力調(diào)度送電恢復系統(tǒng)供電。在檢修作業(yè)過程中主要依靠的是操作票制度和現(xiàn)場作業(yè)人員對操作規(guī)程的執(zhí)行程度，存在著漏洞和誤操作的可能性。

1 通信模塊的軟件設(shè)計

通信模塊采用西門子的TC35模塊，可分為基帶處理器、GSM射頻部分、電源A.SIC(Application Specific Integrated Circuit)、Flash4 個大模塊。TC35模塊支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真等通信，具有標準的RS一232接口，可與微機或單片機連接使用。通信模塊示意圖結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 通信模塊示意圖

軟件設(shè)計的首要是TC35短消息模塊的接口開發(fā)，包括TC35初始化、工作方式和通信模式設(shè)定等。它的設(shè)置主要利用AT指令，結(jié)構(gòu)為AT+命令=參數(shù)。例如指令AT+CMGF=0把TC35模塊的短消息工作模式設(shè)置為PDU格式，指令AT+CMGL=0讀取手機上全部未讀過的短消息。具體的相關(guān)AT指令可查詢相關(guān)資料。

軟件設(shè)計的另一重點是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?shù)據(jù)傳輸可靠性是該裝置正常工作的重要前提，目前主要考慮了三個方面的問題：防止由于接口電路本身受到各種電磁干擾引起的數(shù)據(jù)錯誤；防止由于其他非正常的SMS內(nèi)容對整個系統(tǒng)造成的干擾，防止GSM網(wǎng)絡(luò)繁忙時短信發(fā)送失敗。

對于第一種，一方面采用合理的電源濾波電路和可靠的接口電路，處理器與GSM通訊模塊采用比較低的通訊速率，避免信號傳輸過程受到的干擾的影響，另外，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行累加和的校驗方式進行判斷，若出現(xiàn)錯誤后返回相應(yīng)的信息，要求對方重新發(fā)送信息。

對于第二種，由于目前短信息的廣泛使用，各種垃圾信息曰益增多。為了避免該類信息對系統(tǒng)造成的影響。裝置在接收到SMS信息后，首先判斷信息的來源，由于從GSM通訊模塊讀出的內(nèi)容包括了發(fā)送信息的GSM通訊模塊的卡號，只要判斷該號碼是否與原來設(shè)置在線監(jiān)測裝置的通訊模塊的卡號一致，若不一致則直接刪除處理。對于第三種，在進行短消息發(fā)送時考慮到GSM網(wǎng)絡(luò)有時會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)繁忙出現(xiàn)發(fā)送失敗的情況，為了保證短消息能夠發(fā)送成功，在短消息發(fā)送失敗后會自動重發(fā)三次。

2 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)

考慮到現(xiàn)場作業(yè)的實際情況，本裝置需附掛在接地線的絕緣桿上，方便采集接地線狀態(tài)。由于電力線路上方除了輸電線路沒有其它物體，而且掛接地線和拆接地線時線路上極有可能有殘壓，故一般的傳感器因為電磁干擾的影響很難準確的采集信號。

2.1 超聲波測距原理

超聲波測距的原理是采用渡越時間法TOF(time of flight)。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回的時間，乘以超聲波的速度再除以二，即可得到聲源和障礙物之間的距離：

其中：C為超聲波在空氣中的傳播速度，在通常情況下超聲波的傳播速度取341 m／s；T為超聲波發(fā)射出去到接收到回波所需時間；D為所需測量的距離。

超聲波測距電路中用到了兩個重要的頻率，在設(shè)計時使用單片機來產(chǎn)生頻率。由單片機產(chǎn)生的頻率必須準確，否則測得的距離會產(chǎn)生很大的誤差。

第一個頻率，超聲波的發(fā)射中心頻率信號本來就是40kHz，并由單片機的P3.0口輸出。這是由單片機內(nèi)部的定時器由軟件編程所產(chǎn)生。第二個頻率是單片機進行的計數(shù)頻率。當定時器／計數(shù)器為計數(shù)工作方式時，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。為了方便計算，本文設(shè)計的一個時鐘周期內(nèi)所測距離和超聲波測距精度均為0.01 m。超聲波從發(fā)射器的聲波發(fā)出，再由反射物反射到接收器，所傳播的距離為2倍測量距離。因此要設(shè)計成在一個時鐘周期內(nèi)超聲波所傳播的距離為0.02 m，考慮到在標準狀態(tài)下超聲波的傳播速度為341 m／s，便可以計算出定時器的溢出頻率為l7.05 kHz。由定時器的溢出頻率可計算出一個時鐘周期內(nèi)所測距離為0.01 m。N個周期有Ⅳ個方波脈沖，即計數(shù)器測得的脈沖數(shù)Ⅳ即為被測距離，不過其單位為 0.01 m。

2.2 超聲波測距軟件設(shè)計

在本程序的設(shè)計過程中主要是利用了單片機內(nèi)部的兩個定時／計數(shù)器T0和Tl，其中T0口用于產(chǎn)生超聲波的發(fā)射中心頻率，T1口產(chǎn)生計數(shù)頻率。在本文的設(shè)計中采用的工作方式都是方式1，因為這種方式計數(shù)范圍大，不必頻繁地產(chǎn)生計數(shù)中斷便可完成所需測距功能，還可以大大減少計時誤差。

3 電力線路工作中掛接地線的常見問題分析

(1)填用第一種工作票，在接到調(diào)度許可開始工作的命令后，認為線路既已停電，可不必驗電，就掛接地線。"驗電"是"掛接地線"前一個絕不可少的步驟，因為線路停電的倒閘操作一般是由變電操作人員實施，對線路工作人員來說，"驗電"才是真正的第一項技術(shù)操作內(nèi)容，是對"停電"的現(xiàn)場確認手續(xù)，是能否進入下一個工序——掛接地線的判據(jù)，可以有效地消除"停錯電或要停電而未停電"的人為失誤帶來對人身安全的威脅，實現(xiàn)線路工作人員自我保護。因考慮到線路工作多在野外，點多面廣線長，即使是在工作地段兩端掛接地線后，在分支線掛接地線和工作相掛輔助接地線之前，一般情況下也要先驗電，以策安全。

(2)不在工作票上注明的接地桿塔掛接地線、少掛接地線或擅自改變接地點。工作票制度是電力生產(chǎn)中保證安全的重要組織措施之一，嚴格和正確執(zhí)行工作票制度是電力安全生產(chǎn)的基本要求，評定工作票合格的條件包括兩個方面：票面合格和實施正確，缺一不可。工作票的實施正確尤為重要，因為安全生產(chǎn)應(yīng)注重"過程治理"和"現(xiàn)場落實"。少掛接地線的錯誤是顯而易見的，而臨時改變接地點在技術(shù)上不一定會出錯，錯在執(zhí)行工作票制度的不嚴厲。不嚴格按照票面要求操作，使好的措施流于形式，助長個人的隨意性，這種作風與電力生產(chǎn)作業(yè)標準化、規(guī)范化的基本要求背道而馳，對安全生產(chǎn)的危害極大，應(yīng)厲行禁止。

3 )掛接地線沒必要設(shè)專人監(jiān)護?！峨姌I(yè)安全工作規(guī)程》(電力線路部分)(DL409-91)只明確了驗電時應(yīng)有專人監(jiān)護，對掛接地線則未提及。正如前述，"驗電"和"掛接地線"是密不可分的前后工序，掛接地線時設(shè)專人監(jiān)護既順理成章，也有必要，其意義在于掛接地線操作的各項安全技術(shù)要點可以得到監(jiān)督實施，防止一些工作人員各施各法或偷工減料等不規(guī)范動作出現(xiàn)，從制度落實上保障安全生產(chǎn)。

(4)假如不是在線路三相上進行工作，就可以只在工作相(單相或兩相)上掛接地線，沒必要將三相短路接地。當發(fā)生三相對稱來電時，在單相或兩相接地的情況下，接地處會產(chǎn)生一個IdR的對地電位升高(其中Id為短路電流，R為接地電阻)，可能對工作人員產(chǎn)生傷害。而采用三相短路接地時，因為短路處的三相短路電流之和為0，短路處的對地電位為0，不會有觸電的危險。所以，三相短路接地是必需的。

(5)工作相的輔助接地點越多越好。在鄰近帶電線路的停電線路上作業(yè)時，若有感應(yīng)電壓反映在停電線路上，應(yīng)在工作相上加掛輔助接地線，以消除感應(yīng)電壓的影響。但要注重為防止感應(yīng)可能產(chǎn)生的環(huán)流，同一座桿塔不宜有2個或2個以上的接地點。

結(jié)語

本裝置能夠有效地保障電力檢修作業(yè)的安全，杜絕因操作不當帶來的人身傷害和經(jīng)濟損失。使用了GSM傳輸方式，使得電力檢修作業(yè)地線檢測能夠做到實時在線監(jiān)測的目的，能夠有效地避免實際過程中因操作不當而帶來的安全隱患。同時采用了超聲波測距的方法來檢測接地線的狀態(tài)，有效避免了因現(xiàn)場電磁干擾過大而帶來的誤報信息。

[1]曹家瑋，趙江偉.電力檢修作業(yè)地線裝置的設(shè)計[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012(06).

[2]劉家軍，繆俊.新型電力檢修作業(yè)地線裝置的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2009(23).