智能臨時接地線管理系統的實現

王波勇，唐曉波

(武漢大學，湖北 武漢 430072)

0 引言

隨著我國國民經濟的飛速發展，電網安全運行已經引起了社會各方的高度關注。然而，每年各電力公司都需要進行預試、大修、小修等大量需要停電的工作，相關部門往往將工作重點和注意力放在如何完成檢修任務和縮短檢修工期上，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生，極大地危害了電力系統、設備以及人身的安全，并給社會造成了巨大的經濟損失。

因此，設計了智能接地線管理系統。該系統采用信息監控與管理軟件，實現全過程數字化閉環管理，從根本上杜絕因接地線操作和檢修操作不當而造成的人身傷亡事故和財產損失。

1 系統結構與工作原理

智能臨時接地線管理系統由現場主站、接地線、驗電器狀態傳感器、檢修負責人終端機、智能工器具存放柜和系統主機組成，其系統結構及原理如圖1 所示。

圖1 智能臨時接地線管理系統結構及原理

(1)現場主站是一個體積較小的裝置，貼裝或綁在工器具上，負責采集工器具的工作狀態、與檢修負責人終端機通信獲取終端機狀態、主站GPS位置并通過GPRS 方式發送現場實時狀態信息到數據接收器。

(2)接地線和驗電器狀態傳感器安裝在接地線和驗電器上，負責傳感工作狀態，并通過無線信號將狀態信息發送至現場主站。

(3)檢修負責人終端機體積很小，裝在檢修負責人安全帽內，可感應檢修工作區內的電場強度，如電場強度超過閾值會發出聲音報警。在工作過程中，實時將電場強度信息、負責人ID 號以無線傳輸方式發送給現場主站。

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

(5)系統主機是一臺服務器，裝有智能臨時接地線管理軟件，軟件具有參數設置、數據接收、數據處理存儲和報警等功能。系統軟件可設置工器具、現場主站、工器具傳感器、檢修負責人終端機參數和現場負責人的手機號以及工器具操作步驟。當收到實時數據后，系統軟件可根據設置參數判斷現場檢修場地GPS 位置和工器具操作步驟是否正確，接地線工作狀態是否正常，檢修負責人是否在工作區，工作區是否帶電，現場清理時是否有接地線遺留和檢修負責人是否撤出，并定時將判斷結果發送至現場負責人手機或檢修負責人終端機上。

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

2 系統實現

2.1 現場主站

現場主站主要由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 模塊負責接收GPS位置信息，GPRS 模塊負責與系統主機通信，無線模塊負責與檢修負責人終端機和狀態傳感器通信，狀態指示燈用于指示工器具的狀態，STM32 控制器讀取GPS 位置信息、檢修負責人ID 和電場強度信息、工器具狀態，并根據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 現場主站結構

2.2 接地線、驗電器狀態傳感器

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

圖3 接地線狀態傳感器結構

位移傳感器分別裝在接地線的導線端和地線端，用于傳感接地線掛接狀態和線夾鎖接狀態。單片機定時將接地線掛接狀態通過無線模塊CC1101發送至現場主站。

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

圖4 驗電器狀態傳感器結構

驗電器狀態傳感器安裝在導線卡接處用于傳感卡接狀態。驗電模塊負責測試高壓端是否帶電，單片機定期將驗電結果通過無線模塊CC1101 發送至現場主站。

2.3 檢修負責人終端機

檢修負責人終端機由電場傳感器、蜂鳴器、無線模塊、單片機和電池組成，如圖5 所示。

圖5 檢修負責人終端機結構

單片機實時檢測電場強度，同時將電場強度發送至現場主站。若電場強度超過警戒閾值，單片機啟動蜂鳴器。蜂鳴器會根據不同的電場強度發出不同的聲響，以提示檢修負責人。

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、電池、除濕機和空調器組成，如圖6 所示。

圖6 智能工器具存放柜結構

單片機監測柜內溫濕度，當溫濕度超過規定范圍時，啟動除濕機和空調器，如有故障，啟動蜂鳴器報警。單片機通過無線模塊與柜內的現場主站通信，判斷庫存狀態，并通過GPRS 模塊將庫存狀態、柜內溫濕度發送至系統主機。

2.5 系統主機

系統主機由服務器和系統軟件組成。系統服務器接入移動GPRS APN 專網，實時與現場主站和機柜內的控制單元通信。系統軟件可實時接收、顯示并記錄現場狀態信息，進行接地線等工器具出入庫管理和事件報警等。

3 系統運用

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

(1)填寫工作票，通知調度，申請線路停電。

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

(3)到現場后,戴上安全帽上塔，按下現場主站按鈕，現場主站語音提示“請使用驗電器，確認導線不帶電”。使用驗電器接觸到導線，現場主站接收到驗電器不帶電狀態后，會語音提示“請安裝接地線地線端”；若驗電器帶電，現場主站啟動語音報警。當接地線地線端安裝完畢，現場主站會提示“請安裝接地線導線端”。導線端安裝完畢，現場主站提示“接地線安裝完畢，可以開始檢修工作”。在此期間，若接地線因導線晃動造成卡接不良，現場主站會提示未掛接好。若工作中離其他帶電導線較近，導線產生的電場超過設置電場閾值，安全帽上的檢修負責人終端機蜂鳴器會發出聲響提示。現場主站自離開智能工器具存放柜后，每隔1 min 采集1 次狀態信息，并將數據發送至系統主機。

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

(5)下塔撤離現場后，關閉工作票。調度員通過系統可看到接地線已拆除，現場負責人接收到現場主站的短信提示“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、安全帽等數量與出庫時的數量不一致，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場，從工作現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，實現現場檢修負責人帶電工作全程監控和預警。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生，如離開現場時有接地線未拆除，現場檢修負責人、現場負責人、調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。現場檢修負責人、工器具、工作步驟3 方面的狀態均可實現實時全程監控，并即時檢查和報告檢修過程中的操作事件，若出現不按工作步驟操作事件立即提示或報警，從而杜絕各種不規范操作行為發生。使用該系統可有效預防接地線操作事故的發生，有效地保證了檢修負責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．電力線路接地線管理工作探討[J]．電力技術，2010(5).

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

3 徐建源，竇文君，王愛弘．接地線狀態在線監測系統設計[J]．電力自動化設備，2008(7).