智能臨時接地線管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

王波勇，唐曉波

(武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)安全運行已經(jīng)引起了社會各方的高度關(guān)注。然而，每年各電力公司都需要進(jìn)行預(yù)試、大修、小修等大量需要停電的工作，相關(guān)部門往往將工作重點和注意力放在如何完成檢修任務(wù)和縮短檢修工期上，對于涉及安全的接地線管理則可能仍停留在制度層面上。在操作過程中，帶接地線合閘送電、帶電接地線等惡性事故時有發(fā)生，極大地危害了電力系統(tǒng)、設(shè)備以及人身的安全，并給社會造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，設(shè)計了智能接地線管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用信息監(jiān)控與管理軟件，實現(xiàn)全過程數(shù)字化閉環(huán)管理，從根本上杜絕因接地線操作和檢修操作不當(dāng)而造成的人身傷亡事故和財產(chǎn)損失。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

智能臨時接地線管理系統(tǒng)由現(xiàn)場主站、接地線、驗電器狀態(tài)傳感器、檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)、智能工器具存放柜和系統(tǒng)主機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理如圖1 所示。

圖1 智能臨時接地線管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

(1)現(xiàn)場主站是一個體積較小的裝置，貼裝或綁在工器具上，負(fù)責(zé)采集工器具的工作狀態(tài)、與檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)通信獲取終端機(jī)狀態(tài)、主站GPS位置并通過GPRS 方式發(fā)送現(xiàn)場實時狀態(tài)信息到數(shù)據(jù)接收器。

(2)接地線和驗電器狀態(tài)傳感器安裝在接地線和驗電器上，負(fù)責(zé)傳感工作狀態(tài)，并通過無線信號將狀態(tài)信息發(fā)送至現(xiàn)場主站。

(3)檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)體積很小，裝在檢修負(fù)責(zé)人安全帽內(nèi)，可感應(yīng)檢修工作區(qū)內(nèi)的電場強(qiáng)度，如電場強(qiáng)度超過閾值會發(fā)出聲音報警。在工作過程中，實時將電場強(qiáng)度信息、負(fù)責(zé)人ID 號以無線傳輸方式發(fā)送給現(xiàn)場主站。

(4)智能工器具存放柜通過無線模塊間通信獲取柜內(nèi)接地線、驗電器等工器具的存放狀態(tài)，以確定工器具是存放在柜內(nèi)還是在使用中。柜內(nèi)有自動溫濕度環(huán)境控制設(shè)備，可保證工器具長期正常使用，避免工器具受潮或老化。

(5)系統(tǒng)主機(jī)是一臺服務(wù)器，裝有智能臨時接地線管理軟件，軟件具有參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理存儲和報警等功能。系統(tǒng)軟件可設(shè)置工器具、現(xiàn)場主站、工器具傳感器、檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)參數(shù)和現(xiàn)場負(fù)責(zé)人的手機(jī)號以及工器具操作步驟。當(dāng)收到實時數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)軟件可根據(jù)設(shè)置參數(shù)判斷現(xiàn)場檢修場地GPS 位置和工器具操作步驟是否正確，接地線工作狀態(tài)是否正常，檢修負(fù)責(zé)人是否在工作區(qū)，工作區(qū)是否帶電，現(xiàn)場清理時是否有接地線遺留和檢修負(fù)責(zé)人是否撤出，并定時將判斷結(jié)果發(fā)送至現(xiàn)場負(fù)責(zé)人手機(jī)或檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)上。

該系統(tǒng)通過對檢修人、工器具、工作步驟實時全程監(jiān)控，即時檢查和報告檢修過程中的操作事件，一旦出現(xiàn)不按工作步驟操作事件立即提示或報警，從而杜絕各種不規(guī)范的操作行為。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 現(xiàn)場主站

現(xiàn)場主站主要由GPS 模塊、STM32 控制器、GPRS 模塊、無線模塊和語音模塊、指示燈和鋰電池等組成，如圖2 所示。GPS 模塊負(fù)責(zé)接收GPS位置信息，GPRS 模塊負(fù)責(zé)與系統(tǒng)主機(jī)通信，無線模塊負(fù)責(zé)與檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)和狀態(tài)傳感器通信，狀態(tài)指示燈用于指示工器具的狀態(tài)，STM32 控制器讀取GPS 位置信息、檢修負(fù)責(zé)人ID 和電場強(qiáng)度信息、工器具狀態(tài)，并根據(jù)讀取信息判斷是否啟動喇叭報警和提示，按鈕用于切換工作模式。

圖2 現(xiàn)場主站結(jié)構(gòu)

2.2 接地線、驗電器狀態(tài)傳感器

(1)接地線狀態(tài)傳感器由位移傳感器、指示燈、單片機(jī)、無線模塊和電池組成，如圖3 所示。

圖3 接地線狀態(tài)傳感器結(jié)構(gòu)

位移傳感器分別裝在接地線的導(dǎo)線端和地線端，用于傳感接地線掛接狀態(tài)和線夾鎖接狀態(tài)。單片機(jī)定時將接地線掛接狀態(tài)通過無線模塊CC1101發(fā)送至現(xiàn)場主站。

(2)驗電器狀態(tài)傳感器由位移傳感器、驗電模塊、指示燈、單片機(jī)、無線模塊和電池組成，如圖4 所示。

圖4 驗電器狀態(tài)傳感器結(jié)構(gòu)

驗電器狀態(tài)傳感器安裝在導(dǎo)線卡接處用于傳感卡接狀態(tài)。驗電模塊負(fù)責(zé)測試高壓端是否帶電，單片機(jī)定期將驗電結(jié)果通過無線模塊CC1101 發(fā)送至現(xiàn)場主站。

2.3 檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)

檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)由電場傳感器、蜂鳴器、無線模塊、單片機(jī)和電池組成，如圖5 所示。

圖5 檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)結(jié)構(gòu)

單片機(jī)實時檢測電場強(qiáng)度，同時將電場強(qiáng)度發(fā)送至現(xiàn)場主站。若電場強(qiáng)度超過警戒閾值，單片機(jī)啟動蜂鳴器。蜂鳴器會根據(jù)不同的電場強(qiáng)度發(fā)出不同的聲響，以提示檢修負(fù)責(zé)人。

2.4 智能工器具存放柜

智能工器具存放柜由溫濕度傳感器、蜂鳴器、無線模塊、GPRS 模塊、單片機(jī)、電池、除濕機(jī)和空調(diào)器組成，如圖6 所示。

圖6 智能工器具存放柜結(jié)構(gòu)

單片機(jī)監(jiān)測柜內(nèi)溫濕度，當(dāng)溫濕度超過規(guī)定范圍時，啟動除濕機(jī)和空調(diào)器，如有故障，啟動蜂鳴器報警。單片機(jī)通過無線模塊與柜內(nèi)的現(xiàn)場主站通信，判斷庫存狀態(tài)，并通過GPRS 模塊將庫存狀態(tài)、柜內(nèi)溫濕度發(fā)送至系統(tǒng)主機(jī)。

2.5 系統(tǒng)主機(jī)

系統(tǒng)主機(jī)由服務(wù)器和系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)服務(wù)器接入移動GPRS APN 專網(wǎng)，實時與現(xiàn)場主站和機(jī)柜內(nèi)的控制單元通信。系統(tǒng)軟件可實時接收、顯示并記錄現(xiàn)場狀態(tài)信息，進(jìn)行接地線等工器具出入庫管理和事件報警等。

3 系統(tǒng)運用

以某一條35 kV 線路現(xiàn)場檢修為例，介紹智能臨時接地線管理系統(tǒng)在實際線路檢修工作中的運用過程。要執(zhí)行的任務(wù)是在35 kV 線路一基塔上對A，B，C 3 相絕緣子分別進(jìn)行嚴(yán)密測試，其具體運用過程如下。

(1)填寫工作票，通知調(diào)度，申請線路停電。

(2)線路停電后，檢修負(fù)責(zé)人接到工作許可后在智能工器具存放柜內(nèi)取出接地線、驗電器、帶有檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)的安全帽等工器具，查看系統(tǒng)主機(jī)軟件運行、工器具及現(xiàn)場主站和狀態(tài)傳感器是否正常。如果正常，軟件會發(fā)送短信給現(xiàn)場檢修負(fù)責(zé)人手機(jī)，提示諸如“地線已取出，地線編號：0007”等，現(xiàn)場主站、檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)、狀態(tài)傳感器運行指示燈正常顯示，系統(tǒng)軟件會顯示接地線、驗電器、檢修負(fù)責(zé)人安全帽已取出、檢修負(fù)責(zé)人的人數(shù)和人員姓名、接地線GPS 位置。

(3)到現(xiàn)場后,戴上安全帽上塔，按下現(xiàn)場主站按鈕，現(xiàn)場主站語音提示“請使用驗電器，確認(rèn)導(dǎo)線不帶電”。使用驗電器接觸到導(dǎo)線，現(xiàn)場主站接收到驗電器不帶電狀態(tài)后，會語音提示“請安裝接地線地線端”；若驗電器帶電，現(xiàn)場主站啟動語音報警。當(dāng)接地線地線端安裝完畢，現(xiàn)場主站會提示“請安裝接地線導(dǎo)線端”。導(dǎo)線端安裝完畢，現(xiàn)場主站提示“接地線安裝完畢，可以開始檢修工作”。在此期間，若接地線因?qū)Ь€晃動造成卡接不良，現(xiàn)場主站會提示未掛接好。若工作中離其他帶電導(dǎo)線較近，導(dǎo)線產(chǎn)生的電場超過設(shè)置電場閾值，安全帽上的檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)蜂鳴器會發(fā)出聲響提示。現(xiàn)場主站自離開智能工器具存放柜后，每隔1 min 采集1 次狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)主機(jī)。

(4)絕緣子清掃和檢測工作完畢后，按下現(xiàn)場主站按鈕，系統(tǒng)提示“檢修工作完畢，請拆除接地線”。若此時不拆除接地線，而檢修負(fù)責(zé)人下塔離開現(xiàn)場，現(xiàn)場主站檢測到檢修負(fù)責(zé)人離接地線距離超過500 m，檢修負(fù)責(zé)人終端機(jī)啟動蜂鳴器提示拆除接地線，現(xiàn)場主站立即語音警示提示，并且現(xiàn)場主站發(fā)送短信至現(xiàn)場負(fù)責(zé)人手機(jī)，提示“接地線未拆除，檢修負(fù)責(zé)人已離開現(xiàn)場，請馬上處理”。

(5)下塔撤離現(xiàn)場后，關(guān)閉工作票。調(diào)度員通過系統(tǒng)可看到接地線已拆除，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人接收到現(xiàn)場主站的短信提示“接地線已拆除”。

(6)將接地線歸位至智能工器具存放柜中，若接地線、安全帽等數(shù)量與出庫時的數(shù)量不一致，智能工器具存放柜會語音提示，以防丟失。

該實例表明：接地線從出庫到工作現(xiàn)場，從工作現(xiàn)場到入庫的整個過程都有跡可查，整個接地線操作過程均有語音提示，實現(xiàn)現(xiàn)場檢修負(fù)責(zé)人帶電工作全程監(jiān)控和預(yù)警。驗電、接地安裝步驟語音提示可防止帶電安裝接地線情況發(fā)生，如離開現(xiàn)場時有接地線未拆除，現(xiàn)場檢修負(fù)責(zé)人、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、調(diào)度人員均在第一時間收到未拆除接地線報警提示，可迅速將隱患在合閘送電前消除?，F(xiàn)場檢修負(fù)責(zé)人、工器具、工作步驟3 方面的狀態(tài)均可實現(xiàn)實時全程監(jiān)控，并即時檢查和報告檢修過程中的操作事件，若出現(xiàn)不按工作步驟操作事件立即提示或報警，從而杜絕各種不規(guī)范操作行為發(fā)生。使用該系統(tǒng)可有效預(yù)防接地線操作事故的發(fā)生，有效地保證了檢修負(fù)責(zé)人的人身安全和接地線等工器具的使用安全。

1 孫 兵，陳立衛(wèi)．電力線路接地線管理工作探討[J]．電力技術(shù)，2010(5).

2 伍文陪，姜 靜，余 濤，等．配電網(wǎng)臨時接地線檢測方法的研究[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012(23).

3 徐建源，竇文君，王愛弘．接地線狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]．電力自動化設(shè)備，2008(7).