新型變電站網(wǎng)式安全圍欄設(shè)計

蔣 超，馬慶法，華 衛(wèi)，孟繁國，于 玲

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

新型變電站網(wǎng)式安全圍欄設(shè)計

蔣 超，馬慶法，華 衛(wèi)，孟繁國，于 玲

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南 250012）

針對變電站使用的傳統(tǒng)網(wǎng)式安全圍欄提示和警告作用不明顯的問題，設(shè)計一種新型網(wǎng)式安全圍欄，通過加裝紅外對射感應(yīng)元件和聲光報警元件，起到時刻防止人員誤入帶電間隔，保證人員安全的目的。通過基于ZigBee和紅外對射探測器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)安全圍欄拉網(wǎng)和紅外對射的一體化布防。通過后臺系統(tǒng)對站內(nèi)安全圍欄布置情況進(jìn)行監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)人員誤入及圍欄布置錯誤等問題?，F(xiàn)場試驗表明，該網(wǎng)式安全圍欄增強(qiáng)了檢修人員工作環(huán)境的安全性，可有效防止人身傷害事故的發(fā)生。

紅外對射；聲光報警；網(wǎng)式安全圍欄；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee

0 引言

安全圍欄是檢修工作進(jìn)行之前，由運維人員執(zhí)行安全措施的實施工具，對檢修人員進(jìn)行檢修工作過程中的工作范圍起界定作用，對檢修人員的人身安全起保障作用，安全圍欄裝設(shè)是否醒目直接關(guān)系到檢修人員的生命安全［1］。變電站室外設(shè)備進(jìn)行檢修時，常用網(wǎng)式安全圍欄將檢修設(shè)備與帶電設(shè)備隔離，并加掛“止步，高壓危險”標(biāo)識牌，防止人員誤入帶電間隔，造成人身傷害危險。

變電站目前使用的網(wǎng)式安全圍欄提示和警告作用不明顯，為此，設(shè)計一種新型網(wǎng)式安全圍欄，通過加裝感應(yīng)元件和聲光報警元件來增強(qiáng)安全圍欄的警告和提示作用，當(dāng)有人員穿越圍欄拉網(wǎng)時，感應(yīng)元件啟動聲光報警元件，發(fā)出聲光報警，起時刻防止人員誤入帶電間隔，保證人員安全的目的。

1 傳統(tǒng)網(wǎng)式安全圍欄

傳統(tǒng)的網(wǎng)式安全圍欄采用固定安裝形式，使用時可以根據(jù)檢修設(shè)備的位置進(jìn)行裝設(shè)和整體布置，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)網(wǎng)式安全圍欄

傳統(tǒng)網(wǎng)式安全圍欄僅通過拉網(wǎng)將檢修設(shè)備與帶電設(shè)備進(jìn)行隔離，在人員翻越安全圍欄或者在出現(xiàn)拉網(wǎng)損壞、掛鉤脫落等異常情況時，警告和提示作用不足，檢修人員極易誤入帶電間隔而造成觸電危險。

變電站現(xiàn)場使用的傳統(tǒng)網(wǎng)式安全圍欄的提示和警告作用不明顯，迫切需要一種具有聲光報警功能，且能組網(wǎng)監(jiān)視安全圍欄警戒狀態(tài)的新式安全圍欄，明確隔離變電站內(nèi)帶電設(shè)備及檢修設(shè)備，保證運維及檢修人員的安全。

2 新型網(wǎng)式安全圍欄

2.1 感應(yīng)元件

感應(yīng)元件采用主動式紅外入侵探測器（Active Infrared Intrusion Detector），也稱為紅外對射探測器。紅外對射探測器由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成。發(fā)射機(jī)向裝在一定距離的接收機(jī)輻射一束紅外線，當(dāng)被遮斷時立即觸發(fā)聲光報警［2］。

目前市場上常見的紅外對射探測器的探測距離一般為10～1 000 m。GB 10408.4—2000《入侵探測器 第4部分：主動紅外入侵探測器》規(guī)定輻射信號被完全或按給定的百分比部分遮蔽的持續(xù)時間大于40（1±10%）ms，探測器應(yīng)產(chǎn)生報警狀態(tài)［3］。若人員身體寬度為30 cm，移動速度為3 m／s，則人體穿越探測器的時間為100 ms，紅外對射探測器能可靠觸發(fā)報警。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

室外網(wǎng)式安全圍欄為固定安裝，而紅外對射探測器在工作時要求接收機(jī)和發(fā)射機(jī)軸線重合，為在不同設(shè)備檢修時均滿足以上條件，設(shè)計的圍欄主體結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示。

新型網(wǎng)式安全圍欄包括四向紅外對射探測器、聲光報警器、聲光報警器基座、固定插銷、旋轉(zhuǎn)固定軸、拉網(wǎng)上掛鉤固定盤、旋轉(zhuǎn)套筒、拉網(wǎng)下掛鉤固定盤、圍欄本體基座、拉網(wǎng)、拉網(wǎng)上掛鉤和拉網(wǎng)下掛鉤。

圍欄本體基座固定裝設(shè)在旋轉(zhuǎn)固定軸的底端，聲光報警器基座固設(shè)在旋轉(zhuǎn)固定軸的頂端，四向紅外對射探測器及聲光報警器設(shè)置在聲光報警器基座上。

拉網(wǎng)上掛鉤固定盤固設(shè)在旋轉(zhuǎn)套筒的頂端，拉網(wǎng)下掛鉤固定盤固設(shè)在旋轉(zhuǎn)套筒的底端，三者可繞旋轉(zhuǎn)固定軸的軸線旋轉(zhuǎn)并套裝在旋轉(zhuǎn)固定軸上。

圖2 新型網(wǎng)式安全圍欄組成

如圖2（b）所示，四向紅外對射探測器包括呈十字排列設(shè)置的兩個紅外對射發(fā)射機(jī)和兩個紅外對射接收機(jī)，兩個紅外對射發(fā)射機(jī)呈90°相交設(shè)置，兩個紅外對射接收機(jī)亦呈90°相交設(shè)置。拉網(wǎng)上掛鉤固定盤上設(shè)置繞旋轉(zhuǎn)固定軸的軸線均勻分布的旋轉(zhuǎn)套筒定位孔。

拉網(wǎng)上掛鉤固定盤上設(shè)有多個與拉網(wǎng)上掛鉤配合的上掛鉤連接孔，拉網(wǎng)下掛鉤固定盤上亦設(shè)有多個與拉網(wǎng)下掛鉤配合的連接孔。

布置安全圍欄時，拉網(wǎng)通過上、下掛鉤分別固定于另一圍欄的拉網(wǎng)上掛鉤固定盤和下掛鉤固定盤的連接孔內(nèi)。掛鉤固定后，通過將固定插銷插入拉網(wǎng)上掛鉤固定盤的旋轉(zhuǎn)套筒定位孔內(nèi)，將旋轉(zhuǎn)套筒固定，實現(xiàn)兩個安全圍欄本體之間的拉網(wǎng)連接。

2.3 新型網(wǎng)式安全圍欄的布防

通過新型網(wǎng)式安全圍欄上的一個紅外對射發(fā)射機(jī)與另一新型圍欄上的一個紅外對射接收機(jī)配合，可以實現(xiàn)兩個安全圍欄之間的布防，當(dāng)有人員跨越兩個安全圍欄之間的拉網(wǎng)時，聲光報警器發(fā)出聲光報警，并將報警信號通過其中的通信模塊上傳至后臺主機(jī)。

如圖3所示，通過多個新型網(wǎng)式安全圍欄的配合，可以實現(xiàn)某一區(qū)域的安全圍欄拉網(wǎng)和紅外對射的一體化布防。

圖3 新型網(wǎng)式安全圍欄一體化布防

2.4 信號傳輸

ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、高可靠性且易組網(wǎng)的特點［4-7］，每一組紅外對射探測器可以作為一個傳感器節(jié)點，變電站內(nèi)的新型網(wǎng)式安全圍欄可以構(gòu)建一個基于ZigBee無線通信協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。

圖4 基于ZigBee的紅外對射探測器組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)主要包括采集模塊（傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存儲器）、無線通信模塊、能量供應(yīng)模塊［8］。在新型網(wǎng)式安全圍欄的紅外對射探測器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中其節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 紅外對射探測器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)

3 現(xiàn)場試驗

對新型網(wǎng)式安全圍欄進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，分別針對人員跨越、工器具遮擋、惡劣天氣情況各試驗100次，對報警次數(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)上傳后臺次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 試驗結(jié)果

試驗表明，新型網(wǎng)式安全圍欄對人員跨越準(zhǔn)確報警率可達(dá)100%，在惡劣天氣條件下仍能確保安全隔離帶電設(shè)備及檢修設(shè)備，準(zhǔn)確報警率高達(dá)99%。

將新型網(wǎng)式安全圍欄應(yīng)用于某變電站秋檢期間進(jìn)行現(xiàn)場試驗，統(tǒng)計3個月報警次數(shù)，試驗結(jié)果如圖6所示。總報警6次，其中2次為某次秋檢開工前布置安全措施時提前投入了對射裝置造成人員誤跨所致，3次為工器具誤遮擋導(dǎo)致，1次為大風(fēng)損壞圍欄所致。

圖6 某站秋檢期間安全圍欄報警次數(shù)統(tǒng)計

大型敞開式變電站設(shè)備多，占地面積大，安全圍欄的布置一直是困擾運維人員的難題。新型圍欄安裝后，通過后臺系統(tǒng)的監(jiān)控軟件對站內(nèi)安全圍欄布置情況進(jìn)行監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)并糾正安全圍欄的布置錯誤，降低因安全圍欄布置錯誤而造成人身事故的發(fā)生概率。

4 結(jié)語

新型網(wǎng)式安全圍欄為變電站內(nèi)安全措施的在線監(jiān)測提供了一種解決方案。紅外對射探測器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、基于ZigBee的無線通信等新技術(shù)在變電站中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對布設(shè)的安全圍欄實時狀態(tài)的監(jiān)測，通過聲光報警功能增強(qiáng)了檢修人員工作環(huán)境安全性，降低檢修人員誤入帶電間隔的危險性，有效防止人身傷害事故的發(fā)生，提高了變電站的運維檢修安全水平。

［1］李德金.智能感應(yīng)型夜用安全圍欄的研究與應(yīng)用［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

［2］王光艷，鄭雅堃，裴振宏，等.基于紅外對射技術(shù)的安全警示系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子設(shè)計工程，2014，22（8）：178-181.

［3］GB 10408.4—2000入侵探測器 第4部分：主動紅外入侵探測器［S］.

［4］彭瑜.低功耗、低成本、高可靠性、低復(fù)雜度的無線電通信協(xié)議—ZigBee［J］.自動化儀表，2005，26（5）：1-4.

［5］張蕓薇.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2007.

［6］朱文，袁成，張甦，等.變電站無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.水電能源科學(xué)，2013，31（2）：79，207-210.

［7］李旭彥.基于ZigBee的無線通信模塊射頻電磁場抗干擾性能研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2012.

［8］司海飛，楊忠，王珺.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用［J］.機(jī)電工程，2011，28（1）：16-20，37.

Design of a New Type of Substation Safety Fence

JIANG Chao，MA Qingfa，HUA Wei，MENG Fanguo，YU Ling
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Aiming at the problem that the warning function of the traditional network safety fence is not obvious in a substation，a new type of the net security fence is designed.Through the installation of the infrared radiation sensor and the audible and visual alarm component，the purposes of preventing personnel into charged spacing and ensuring the safety of personnel are achieved.Based on the ZigBee and infrared correlation detectors，the integrated protection of the net security fence and infrared correlation of the wireless sensor networks is realized in the area.Through the monitoring of the layout of the safety fence by the background system，problems like fence layout error the entry by mistake can be found in time.Field tests show that it can enhance the safety of the working environment for the maintenance personnel and effectively prevent the occurrence of personal injury accidents.

infrared correlation；audible and visual alarm；net security fence；wireless sensor networks；ZigBee

TP277.1

B

1007－9904（2017）03－0077－04

2016-09-24

蔣 超（1986），男，工程師，從事變電站運維與管理方面的工作；

馬慶法（1987），男，工程師，從事變電站運維與管理方面的工作；

華 衛(wèi)（1969），男，從事變電站運維與管理方面的工作；

孟繁國（1963），男，高級技師，從事變電站運維與管理方面的工作；

于 玲（1972），女，高級技師，從事變電站運維與管理方面的工作。