變電站電力間隔防誤入預警系統及現場裝置研究

陳家庚

摘 要：電力間隔是變電站里一些實現某些共同功能緊密聯系的設備組合，通常包括出線斷路器、隔離刀閘及接地刀閘等設備，電力間隔之間用空間或隔斷隔開，以便檢修工作順利開展。因工作人員工作疏忽或安全保護措施不到位導致的事故時有發生。本文針對電力間隔特點及供電公司已有開票系統，設計一套基于傳感器技術、嵌入式單片機技術與物聯網技術的電力間隔防誤入預警系統。系統通過安裝于開關柜內的電場檢測傳感器、紅外人體檢測傳感器、行程開關和檢修標志傳感器，實時監測開關柜狀態，并在開關柜被非法操作時把監測信息發送到報警單元，由報警單元進行現場語音提示、現場聲光報警和遠程短信報警。

關鍵詞：無線通信技術；傳感器技術；嵌入式；報警系統

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0162-02

1 引言

電力間隔是變電站里一些實現某些共同功能緊密聯系的設備組合，通常包括出線斷路器、隔離刀閘及接地刀閘等設備，電力間隔之間用空間或隔斷隔開，以便檢修工作順利開展。因工作人員工作疏忽或安全保護措施不到位導致的電力間隔事故時有發生。究其原因主要有以下兩方面因素：

（1）人為因素：在工作中安全責任心不強，思想注意力分散，或未嚴格按照安全技術規范進行操作或工作。

（2）設備因素：設備標示不清、設備無可靠閉鎖、無安全警示及可靠的隔離措施。

要防止嚴重誤操作事故及誤入帶電間隔的發生，除了抓好檢修、運行人員的安全思想教育、加強安全技術業務培訓及加強運行操作及檢修工作中的監護外，還應從設備的硬件防范措施著手。如設備的防止誤操作、防誤入帶電間隔措施是否完善等。

針對以上間隔操作管理中遇到的問題，基于當今快速發展的物聯網技術，結合傳感器技術、嵌入式單片機技術等方面多年的技術積累，設計了一套變電站間隔防誤入預警系統，在操作人員誤入帶電間隔前，給出聲光預警提示，同時系統可以擴展到遠程短信預警。

2 系統總體設計

系統由現場傳感器、監測主機及報警裝置三部分組成。其中監測主機通過對傳感器數據的分析處理實現對現場環境的實時把控，當現場出現誤操作或者誤入間隔的情況時，主控裝置通過無線系統向報警裝置發送報警信息，報警裝置接收到現場主控裝置的報警信息后，根據報警情況，通過短信、語音和聲光系統，實現報警功能。系統架構如圖1所示。

3 硬件設計

電力間隔防誤入裝置由監測傳感器、監測主機、報警裝置組成。其中監測傳感器完成對現場狀態量的采集，監測主機對采集的數據進行計算、分析，并將結果反饋給報警裝置，報警裝置提供聲光報警及短信報警。

3.1 監測傳感器

監測傳感器包含觸點帶電檢測傳感器、開門感應傳感器、人體紅外感應傳感器，其中觸點帶電檢測傳感器檢測開關柜觸點是否存在高壓，開門感應傳感器通過行程開關檢測電力間隔門是否打開，人體紅外感應傳感器檢測電力間隔前是否有人員活動。

觸點帶電檢測傳感器是整個系統中的核心，該傳感器由橋式電路和LM358運放電路組成，TL431為運放電路提供2.5V的基準電壓，R14、R15、R22和稱重傳感器構成橋的4個橋臂，傳感器數據通過R18和R20輸入到第1級運放電路，R16、R19構成第1級運放電路的反饋電路，第1級數據的信號經過2級放大之后通過LM358的OUT2管腳輸出，通過R21之后輸入到主控的ADOUT1端口，主控單元對數據進行AD轉換并查表之后確定對應的電場強度。其設計電路如圖2所示。

3.2 監測主機

監測主機主控芯片采用STC12C5A60S2，該芯片指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S），特別適合強干擾環境應用。

監測主機結構框圖如圖3所示。

監測主機的無線通信單元具備超低功耗和自休眠、中斷喚醒等特點，在沒有數據傳輸時系統能自動進入休眠模式，當接收到傳輸中斷之后會自動喚醒，無需外部軟件和硬件參與，使得在設計硬件電路時無需過多考慮其與主系統之間的硬件和軟件設置，只需要分配一個SPI與模塊相連和基本的軟件設置即可，大大減低了系統的設計難度和程序的編寫量，使得系統設計更簡單靈活。

其設計電路如圖4所示。

3.3 報警裝置

報警主機模塊主要包括語音提示、聲光報警及短信報警單元組成，結構框圖如圖5所示。

（1）現場語音提示單元以維創科技的ISD1700作為語音處理芯片，芯片可以實現多段語音的錄制與播放，并可通過通信接口實現不同語音的切換。電路設計如圖6所示。

（2）短信提示單元采用SIM900A模塊，其AT指令與標準AT指令相同，同時采用PDU的數據格式進行發送和接收數據。

4 軟件設計

監測主機軟件基于KEIL4開發，電力間隔防誤入預警系統基本工作流程為：監測→判斷→預警。

程序流程圖如圖7所示。

5 結語

本系統利用傳感器技術與無線通信技術，實現對開關柜內電場強度檢測、開關柜狀態及檢修狀態實時在線監測，能夠為現場開關柜檢修人員提供可靠的開關柜狀態信息，確保現場檢修工作安全進行，并在檢修人員誤操作開關柜時使給出報警提示。

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