基于無線定位技術(shù)的變電站內(nèi)安全管控裝置設(shè)計

呂鵬超 孫研

摘要：由于當(dāng)前對于變電站運行現(xiàn)場的管控效果不佳，導(dǎo)致安全問題頻發(fā)。為此，提出基于無線定位技術(shù)的變電站內(nèi)安全管控裝置設(shè)計。設(shè)計了無線定位傳感器元件，實現(xiàn)對環(huán)境內(nèi)信息的及時采集，通過分析問題位置定位與人員位置定位之間的關(guān)系，以就近原則實施報警。測試結(jié)果表明，設(shè)計裝置對安全問題的發(fā)現(xiàn)和處理時間分別在12.36s和175.36s以內(nèi)，具有較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：無線定位技術(shù);變電站;安全管控裝置;無線定位傳感器;就近原則;報警

中圖分類號：H02B1/56???????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

變電運行專業(yè)的現(xiàn)場安全管控中，如何提高對作業(yè)人員行為的管控和對作業(yè)工具使用的管控一直是運行人員和安全監(jiān)督人員關(guān)心的問題[1]。近年來變電站內(nèi)安全事故頻發(fā)，因為作業(yè)人員超范圍開展作業(yè)、誤入帶電部位導(dǎo)致的人身事故屢有發(fā)生，而因為不規(guī)范的管理、使用安全工具、接地線等導(dǎo)致的人身、電網(wǎng)事故事件也不少見[2]，如何在變電站范圍內(nèi)實時有效跟蹤作業(yè)人員、工器具的活動和使用情況，實現(xiàn)針對性管控的需求在變電專業(yè)日漸強(qiáng)烈起來[3]。

基于此，本文搭建了基于無線傳感定位技術(shù)的變電站內(nèi)安全管控裝置，以實現(xiàn)對變電站現(xiàn)場作業(yè)人員、工器具的實時有效跟蹤管控和提醒警示功能。

1無線定位傳感器元件設(shè)計

為了實現(xiàn)對變電站內(nèi)安全信息的全面管控，精準(zhǔn)有效的信息獲取元件是必不可少的[4]。為此，本文設(shè)計了一種空心式單圈無線傳感器作為安全管控信息獲取元件。其作為一種高精度的位置傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)位置和信息的統(tǒng)一化管理。

1.1基本參數(shù)設(shè)計

為了方便安裝使用，設(shè)計元件外形以小巧為主要特征，外徑僅為52mm，內(nèi)徑為8.0mm，其中空式本體與法蘭同步，外殼使用的材質(zhì)為硬鋁合金，并對其表面進(jìn)行噴砂氧化處理，以此增加其對環(huán)境腐蝕等作用的防御能力，提高使用壽命。轉(zhuǎn)軸的形式為同心軸通孔，利用鍵槽實現(xiàn)連接，將1m長的黑色8芯屏蔽電纜作為裝置的出線。在安裝過程中，通過其本體自帶的螺絲緊固即可實現(xiàn)固定。作為一種絕對式中空傳感器，其定位精度可以達(dá)到±0.005%，對位角度信息的采集范圍為0～360°。自帶的專業(yè)傳感器編碼器可以按照實際施工環(huán)境的需求定制個性化的解決方案，通過將采集數(shù)據(jù)的分辨率控制在15bit / 16bit范圍內(nèi)，確保數(shù)據(jù)的價值。對于通信接口的設(shè)計，充分考慮到變電站原有監(jiān)控環(huán)境的基礎(chǔ)條件，設(shè)置RSZ20A、RSZ22A、RSZ25A、CAN 4種，同時添加了以開關(guān)量為控制目標(biāo)的調(diào)節(jié)裝置。額定工作電壓為3.6V-12.0V，不會對運行環(huán)境提出過高要求，因此在更大范圍內(nèi)具有較高的適用性。設(shè)置傳感器的最高轉(zhuǎn)速為1000r/min以此滿足復(fù)雜變電站環(huán)境的安全管控需求。裝置的自防護(hù)等級為IP65，在-40℃～+50℃的溫度條件下均可以實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

1.2技術(shù)參數(shù)設(shè)計

為了確保無線傳感器的出線性能夠保持持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，采用自主“磁陣列檢測”技術(shù)對其進(jìn)行加持，并將輸出的絕對位置信息以即讀即用的方式進(jìn)行表示，對于采集數(shù)據(jù)中的誤差，采用無累積計量方式傳導(dǎo)?？紤]到實際使用過程中出現(xiàn)的磨損可能會導(dǎo)致傳感器的使用壽命降低，因此采用串行通信的方式實現(xiàn)非接觸式數(shù)據(jù)采集，在多種通信協(xié)議的支持下，對于各種上位機(jī)設(shè)備的連接都可以實現(xiàn)自主對位。對傳感器進(jìn)行零位可設(shè)定處理，在使用初期，無需額外進(jìn)行找零。對于開關(guān)輸出信號的傳導(dǎo)，利用2路可編程配置實現(xiàn)，當(dāng)傳感器的行程限位和安全受到攻擊時，可以通過建立與后臺主機(jī)之間的聯(lián)動關(guān)系，對訪問攻擊對象的電子身份進(jìn)行識別，并將識別結(jié)果反饋至巡維中心，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管控。

2安全管控裝置運行機(jī)制設(shè)計

將上述設(shè)計的無線定位傳感器與無線信號發(fā)射接入點連接，采用通信模塊實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的傳輸，同時，將無線信號接收接入點與無線交換機(jī)建立串聯(lián)關(guān)系。在傳感器與變電站作業(yè)區(qū)入口處，采集人員進(jìn)出信息;當(dāng)進(jìn)行巡檢裝置開始運行后，傳感器自動采集工作區(qū)域的巡檢畫面，并通過無線交換機(jī)傳輸至管控中心。安全管控分析服務(wù)器對采集的信息進(jìn)行分析，當(dāng)分析結(jié)果為存在異常時，以信息定位位置為中心，向距離其最近的工作人員發(fā)出結(jié)果報警信息。其中，報警信息包括異常信息位置，類型以及問題處理備選方案。通過這樣的方式實現(xiàn)對安全問題的及時管控。其運作流程如圖1所示。

按照圖1所示的方式，實現(xiàn)對變電站內(nèi)安全問題的及時管控。

3應(yīng)用測試

在某變電站內(nèi)對本文設(shè)計的安全管控裝置應(yīng)用效果進(jìn)行分析測試。已知該變電站為復(fù)合型變電站，既包含傳統(tǒng)的火力發(fā)電方式，又有以風(fēng)力為基礎(chǔ)的風(fēng)力發(fā)電裝置，供電范圍為周圍2.5km2。由于在設(shè)計初期對于間隔層設(shè)備之間的調(diào)試驗收缺乏專業(yè)性，對于變電站內(nèi)安全問題和相關(guān)缺陷的效率和解決速度都不理想，對于故障問題位置的排查難度也相對較高。以此為基礎(chǔ)，將本文設(shè)計的管控裝置應(yīng)用在該環(huán)境中，測試其作用效果。

3.1測試結(jié)果

在上述基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了本文設(shè)計裝置對測試環(huán)境內(nèi)安全問題的定位和處理效率。

從表1中可以看出，本文設(shè)計的管控裝置可以實現(xiàn)對變電站內(nèi)安全問題的及時發(fā)現(xiàn)，耗時在13.0s以內(nèi)，不僅如此，對于問題的解決也提高同樣具有較高的效率，均可以在180.0s內(nèi)恢復(fù)系統(tǒng)的在正常運行，特別是對閥門異常問題的處理，耗時僅為96.25s。表明本文設(shè)計的裝置具有良好的實際應(yīng)用效果。

4結(jié)束語

本文研究通過搭建基于無線定位技術(shù)的變電站內(nèi)安全管控裝置，解決了變電站現(xiàn)場安全管控中不能對人員和工器具實時跟蹤管理的問題，進(jìn)而降低了現(xiàn)場作業(yè)人員超范圍開展作業(yè)、誤入帶電部位導(dǎo)致的人身事故的風(fēng)險，同時也在一定程度上解決了變電站現(xiàn)場工器具使用和管理的諸多問題，為未來5G時代的智能電網(wǎng)、電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行了嘗試性探索。

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