對電力系統(tǒng)中檢修掛接地線裝置的分析

肖家興 馬輝 張賀 李暢 王雪 李子博

摘要：針對目前電力系統(tǒng)檢修工作中掛、拆接地線存在的安全問題，筆者在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)”掛接地線”這一看似簡單的操作，在實(shí)施中存在一些問題。本文介紹了一種新型電力檢修作業(yè)地線裝置的構(gòu)成和硬件電路的實(shí)現(xiàn)，采用了基于全球移動通信系統(tǒng)GSM短消息技術(shù)的接地線在線監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)方案，并完成了裝置的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并剖析了電力線路工作中掛接地線存在的常見問題。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；GSM；接地線；超聲波測距

在電力系統(tǒng)中，檢修工作是由人工通過調(diào)度與電話聯(lián)系，確定需要的停電點(diǎn)，電力調(diào)度進(jìn)行網(wǎng)上停電，作業(yè)人員掛接地線，進(jìn)入網(wǎng)上作業(yè)操作，待作業(yè)完畢后，拆接地線，報告電力調(diào)度中心，恢復(fù)供電。在檢修過程中主要靠操作票制度和現(xiàn)場作業(yè)人員對操作規(guī)程的執(zhí)行程度。因此，有可能存在漏洞和誤操作。

1 通信模塊的軟件設(shè)計(jì)

通信模塊示意圖結(jié)構(gòu)如上圖1所示。軟件設(shè)計(jì)的首要問題是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)定等等，其設(shè)置方式主要是利用AT指令（結(jié)構(gòu)為AT+命令=參數(shù)）。例如指令A(yù)T+CMGF=0把TC35模塊的短消息工作模式設(shè)置為PDU格式，指令A(yù)T+CMGL=0讀取手機(jī)上全部未讀過的短消息，具體的相關(guān)AT指令即可查詢到相關(guān)資料。

在軟件設(shè)計(jì)過程中，另外一個重點(diǎn)就是保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。為使?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸，主要考慮了三個方面的問題：①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；②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；③防止GSM 網(wǎng)絡(luò)繁忙時短信發(fā)送失敗。對于第一種問題：介入當(dāng)前短信息的大范圍使用，出現(xiàn)眾多的垃圾信息。為了系統(tǒng)不受該類信息的影響，裝置在接收到SMS信息之后，立即判斷出信息的來源。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。對于第二個問題：可以采用合理的電源濾波電路和可靠的接口電路進(jìn)行處理。處理器與GSM 通訊模塊采用比較低的通訊速率，對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行累加和的方式進(jìn)行校驗(yàn)判斷，如出現(xiàn)錯誤則返回相應(yīng)信息，同時要求對方重新發(fā)送信息。對于第三種，在進(jìn)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(shí)現(xiàn)

由于在電力線路上除了輸電線路外，沒有其它任何物體，而且拆接地線和掛接地線時線路上極有可能有殘壓，故一般的傳感器因?yàn)殡姶鸥蓴_的影響很難準(zhǔn)確的采集信號。

2.1超聲波測距軟件設(shè)計(jì)

在此設(shè)計(jì)過程中主要是利用了單片機(jī)內(nèi)部的兩個定時/計(jì)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(jì)數(shù)頻率。在本文的設(shè)計(jì)中采用的工作方式都是方式1，因?yàn)檫@種方式計(jì)數(shù)范圍大，不必頻繁地產(chǎn)生計(jì)數(shù)中斷便可完成所需測距功能，還可以大大減少計(jì)時誤差。

2.2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：

D=C·T/2

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。

超聲波測距電路時用到了兩個重要的頻率，在此裝置設(shè)計(jì)時是利用單片機(jī)來產(chǎn)生頻率。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(jī)的P3.0口輸出。這是由單片機(jī)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(jī)進(jìn)行的計(jì)數(shù)頻率。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器為計(jì)數(shù)工作方式時，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。為了方便計(jì)算，本文設(shè)計(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下超聲波的傳播速度為341 m/s，便可以計(jì)算出定時器的溢出頻率為l7.05 kHz。

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(rèn)為線路既已停電，可不必驗(yàn)電，就掛接地線?！膀?yàn)電”是“掛接地線”前一個絕不可少的步驟，因?yàn)榫€路停電的倒閘操作一般是由變電操作人員實(shí)施，對線路工作人員來說，“驗(yàn)電”才是真正的第一項(xiàng)技術(shù)操作內(nèi)容，是對“停電”的現(xiàn)場確認(rèn)手續(xù)，是能否進(jìn)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(shí)現(xiàn)線路工作人員自我保護(hù)。因考慮到線路工作多在野外，點(diǎn)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(yàn)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(diǎn)。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(yán)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(shí)施正確，缺一不可。工作票的實(shí)施正確尤為重要，因?yàn)榘踩a(chǎn)應(yīng)注重“過程治理”和“現(xiàn)場落實(shí)”。少掛接地線的錯誤是顯而易見的，而臨時改變接地點(diǎn)在技術(shù)上不一定會出錯，錯在執(zhí)行工作票制度的不嚴(yán)厲。不嚴(yán)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(fēng)與電力生產(chǎn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(hù)?！峨姌I(yè)安全工作規(guī)程》（電力線路部分）（DL409-91）只明確了驗(yàn)電時應(yīng)有專人監(jiān)護(hù)，對掛接地線則未提及。正如前述，“驗(yàn)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(hù)既順理成章，也有必要，其意義在于掛接地線操作的各項(xiàng)安全技術(shù)要點(diǎn)可以得到監(jiān)督實(shí)施，防止一些工作人員各施各法或偷工減料的不規(guī)范動作出現(xiàn)，從制度落實(shí)上保障安全生產(chǎn)。

（4）假如不是在線路三相上進(jìn)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(dāng)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?yàn)槎搪诽幍娜喽搪冯娏髦蜑?，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(diǎn)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(diǎn)。

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(dāng)帶來的人身傷害和經(jīng)濟(jì)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(shí)時在線監(jiān)測的目的，能夠有效地避免實(shí)際過程中因操作不當(dāng)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。

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