變電站高壓開關(guān)柜檢修智能警示裝置研制分析

接曉霞 胡發(fā)明 余偉 王琦明 李志天

摘要：10KV或者35KV開關(guān)柜檢修中，對(duì)柜體檢修時(shí)內(nèi)部帶10KV或者35KV的電壓，帶電體外側(cè)只有一塊薄薄的鐵皮阻擋，在檢修中存在一定的安全隱患。在新版的《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（修訂版）做了如下的規(guī)定。2.3.1.4規(guī)定：開關(guān)柜可觸及隔室、不可觸及隔室、活門和機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部位在出廠時(shí)應(yīng)設(shè)置明顯的安全警告、警示標(biāo)識(shí)。柜內(nèi)隔離金屬活門應(yīng)可靠接地，活門機(jī)構(gòu)應(yīng)選用可獨(dú)立鎖止的結(jié)構(gòu)，可靠防止檢修時(shí)人員失誤打開活門。但是在使用的一些老式的開關(guān)柜里并沒有有明顯的警示標(biāo)示，存在一定的安全隱患。為了能杜絕安全事故的發(fā)生，剔除安全隱患，引起現(xiàn)場(chǎng)操作人員的警惕，在檢修過程中需要對(duì)操作人員進(jìn)行明顯的安全警示提醒，包括燈光等提醒。所以特研制一款使用范圍廣，且實(shí)用的警示裝置勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;檢修;智能警示裝置

1.設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目的開發(fā)研制是基于現(xiàn)實(shí)需求和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的思路出發(fā)，遵循綠色環(huán)保，安全高效的數(shù)字化賦能原則，遵循以下幾個(gè)原則：

（1）增加現(xiàn)場(chǎng)施工的安全系數(shù)但不增加工作量;（2）適用于不同電壓等級(jí)開關(guān)柜的警示裝置;（3）方便適用和攜帶。

技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)的功能要求如下幾點(diǎn)：（1）近距離紅外檢測(cè)及聲光報(bào)警系統(tǒng);（2）整體外觀結(jié)構(gòu)操作使用方便;（3）自帶鋰電池，能保持長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

2.結(jié)構(gòu)組成

開關(guān)柜檢修智能警示裝置采用STM32L051C8T6的微控制器、PIR人體運(yùn)動(dòng)傳感器及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警和遠(yuǎn)程管理功能。開關(guān)柜檢修智能警示裝置由運(yùn)算中心，前端紅外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元，報(bào)警單元，電源單元組成。

2.1運(yùn)算中心

2.1.1主控芯片

開關(guān)柜檢修智能警示裝置主控制芯片采用的是美國意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)的型號(hào)為STM32L051C8T6的微控制器。該控制器是基于STM32L0系列Cortex-M0+超低功耗MCU。STM32L0MCU的每個(gè)部分都通過優(yōu)化達(dá)到了卓越的低功耗水平。由此產(chǎn)生了功耗性能破紀(jì)錄的真正超低功耗MCU。ARM?Cortex?-M0+內(nèi)核與STM32單片機(jī)超低功耗特性的獨(dú)有結(jié)合，使STM32L0MCU非常適合電池供電或供電來自能量收集的應(yīng)用。

2.2前端紅外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元

開關(guān)柜檢修智能警示裝置的前端紅外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)端采用了人體感應(yīng)模塊PIR模塊-紅外模塊熱釋電人體紅外傳感器。感應(yīng)距離0-5米，輸出高電平，H=3.3V，L=0V，供電直流3.3V-12V，靜態(tài)電流20uA。

靈敏度高，響應(yīng)速度快，靜態(tài)功耗小，體積小巧，易于安裝。

2.3報(bào)警單元模塊

開關(guān)柜檢修智能警示裝置的報(bào)警單元由爆閃燈光報(bào)警和語音報(bào)警，遠(yuǎn)程報(bào)警組成。

2.3.1爆閃燈光報(bào)警：采用6顆爆閃紅LED燈，低功耗，高亮度。

2.3.2語音報(bào)警模塊

語音報(bào)警模塊采用WTN6040-8S工業(yè)級(jí)語音芯片作為語音驅(qū)動(dòng)電路核心。語音芯片輸出后通過功率放大芯片LM4890來驅(qū)動(dòng)高音喇叭，來播放錄制的語音消息。

WTN6040-8S工業(yè)級(jí)語音芯片，低功耗，高性能的CMOS語音芯片?？梢凿浿贫喾N語音音頻;喇叭聲音報(bào)警可達(dá)120分貝，聲音響度可調(diào);

2.3.3遠(yuǎn)程報(bào)警

采用荷蘭greenpeakGP590芯片，通信協(xié)議采用greenpower超低功耗協(xié)議，可以直接把報(bào)警信號(hào)以短信的方式直接傳輸?shù)街付ǖ氖謾C(jī)上。也可以通過zigbee協(xié)議與dusun的智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并通過網(wǎng)關(guān)把傳感器數(shù)據(jù)傳送到dusun的云端或者是客戶指定的云端，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。

2.4電源模塊

開關(guān)柜檢修智能警示裝置的電源可以用市電220V直接供電，或者以自帶鋰電池供電。

開關(guān)柜檢修智能警示裝置的運(yùn)行功率在5W左右，鋰電池的功率為800mAH，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間可以達(dá)到5個(gè)工作日。

電源模塊由鋰電池，電池供電電路，電壓轉(zhuǎn)換電路組成。

2.4.1電池供電電路

采用專用鋰電池管理芯片IP5306，該芯片是大電流高集成度移動(dòng)電源SOC，具有以下特性：

同步開關(guān)充放電：

2.4A同步升壓轉(zhuǎn)換，2.1A同步開關(guān)充電，升壓效率高達(dá)92%，充電效率高達(dá)91%，內(nèi)置電源路徑管理，支持邊充邊放。

充電：自適應(yīng)充電電流調(diào)節(jié)，支持4.20/4.30/4.35/4.40V電池

功能豐富：內(nèi)置照明燈驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)檢測(cè)手機(jī)插入和拔出

低功耗智能識(shí)別負(fù)載，自動(dòng)進(jìn)待機(jī)，待機(jī)功耗小于100uA

BOM極簡(jiǎn)：功率MOS內(nèi)置，單電感實(shí)現(xiàn)充放電

多重保護(hù)、高可靠性：出過流、過壓、短路保護(hù);輸入過壓、過充、過放、過流放電保護(hù);整機(jī)過溫保護(hù);ESD4KV，瞬間耐壓12V

2.5外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開關(guān)柜檢修智能警示裝置尺寸大小為高14.5cm*φ8.5cm，并且底部裝有軟磁鐵，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要安裝的開關(guān)柜底部或者側(cè)面。

3.技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)

（1）以STM32L051C8T6的微控制器為核心的，采用PIR人體運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)近距離開關(guān)柜實(shí)時(shí)的紅外檢測(cè)。

（2）設(shè)計(jì)國網(wǎng)版的語音播報(bào)內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行切換。

（3）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程手機(jī)報(bào)警。

4.使用特點(diǎn)及效果

該裝置使用近距離紅外線探測(cè)和聲光報(bào)警系統(tǒng)，在檢修過程中能給操作者明顯地發(fā)出安全警告。使用本裝置可以在不增加工作量的情況下，增加現(xiàn)場(chǎng)施工的安全系數(shù)，安全可靠，靈敏度高，質(zhì)量有保證;且適用于不同等級(jí)的開關(guān)柜，方便使用和攜帶。

5.結(jié)束語

高壓開關(guān)柜在檢修過程中觸電事故時(shí)有發(fā)生，其所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果往往令人痛心。變電所高壓開關(guān)柜檢修智能預(yù)警裝置的開發(fā)較好地解決了這一問題，它采用紅外探測(cè)技術(shù)，結(jié)合語音警告、燈光警示技術(shù)，對(duì)檢修人員既可視又可聽，又可有效地彌補(bǔ)由于管理、麻痹、不負(fù)責(zé)任、精神恍惚等原因造成的工作漏洞，提醒和糾正有意圖犯罪者的錯(cuò)誤行為，保證施工人員的人身安全。但是目前開關(guān)柜檢修智能警示裝置檢測(cè)到范圍內(nèi)的信號(hào)就會(huì)報(bào)警，無法進(jìn)行距離的識(shí)別，因此下一步需要對(duì)警示裝置進(jìn)行智能化180°范圍內(nèi)的距離識(shí)別升級(jí)，并且對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，使智能警示裝置的應(yīng)用范圍更加廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]魏彬，王欣，杜岳凡，王小朋，董政，閆立東，劉常軍.開關(guān)柜局部放電分析定位[J].電工電氣，2021（09）：50-53.