對電力系統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：針對目前電力系統檢修工作中掛、拆接地線存在的安全問題，筆者在實際工作中，發現”掛接地線”這一看似簡單的操作，在實施中存在一些問題。本文介紹了一種新型電力檢修作業地線裝置的構成和硬件電路的實現，采用了基于全球移動通信系統GSM短消息技術的接地線在線監測裝置的設計方案，并完成了裝置的硬件設計和軟件設計，并剖析了電力線路工作中掛接地線存在的常見問題。

關鍵詞：電力系統；GSM；接地線；超聲波測距

在電力系統中，檢修工作是由人工通過調度與電話聯系，確定需要的停電點，電力調度進行網上停電，作業人員掛接地線，進入網上作業操作，待作業完畢后，拆接地線，報告電力調度中心，恢復供電。在檢修過程中主要靠操作票制度和現場作業人員對操作規程的執行程度。因此，有可能存在漏洞和誤操作。

1 通信模塊的軟件設計

通信模塊示意圖結構如上圖1所示。軟件設計的首要問題是TC35短消息模塊的接口開發，包括TC35初始化、工作方式和通信模式設定等等，其設置方式主要是利用AT指令（結構為AT+命令=參數）。例如指令AT+CMGF=0把TC35模塊的短消息工作模式設置為PDU格式，指令AT+CMGL=0讀取手機上全部未讀過的短消息，具體的相關AT指令即可查詢到相關資料。

在軟件設計過程中，另外一個重點就是保證數據傳輸的可靠性。為使數據實現可靠性傳輸，主要考慮了三個方面的問題：①防止由于其他非正常的SMS內容對整個系統造成的干擾；②防止由于接口電路本身受到各種電磁干擾引起的數據錯誤；③防止GSM 網絡繁忙時短信發送失敗。對于第一種問題：介入當前短信息的大范圍使用，出現眾多的垃圾信息。為了系統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通訊模塊讀出的內容包括了發送信息的GSM 通訊模塊的卡號，只要判斷該號碼是否與原來設置在線監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，對傳輸數據進行累加和的方式進行校驗判斷，如出現錯誤則返回相應信息，同時要求對方重新發送信息。對于第三種，在進行短消息發送時考慮到GSM網絡有時會出現網絡繁忙出現發送失敗的情況，為了保證短消息能夠發送成功，在短消息發送失敗后會自動重發三次。

2硬件系統的實現

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，故一般的傳感器因為電磁干擾的影響很難準確的采集信號。

2.1超聲波測距軟件設計

在此設計過程中主要是利用了單片機內部的兩個定時/計數器T0和Tl，其中T0口用于產生超聲波的發射中心頻率，T1口產生計數頻率。在本文的設計中采用的工作方式都是方式1，因為這種方式計數范圍大，不必頻繁地產生計數中斷便可完成所需測距功能，還可以大大減少計時誤差。

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，在此裝置設計時是利用單片機來產生頻率。第一個頻率，超聲波的發射中心頻率信號本來就是40kHz，并由單片機的P3.0口輸出。這是由單片機內部的定時器由軟件編程所產生。第二個頻率是單片機進行的計數頻率。當定時器/計數器為計數工作方式時，外部脈沖的下降沿將觸發計數。為了方便計算，本文設計的一個時鐘周期內所測距離和超聲波測距精度均為0.01 m。超聲波從發射器的聲波發出，再由反射物反射到接收器，所傳播的距離為2倍測量距離。因此要設計成在一個時鐘周期內超聲波所傳播的距離為0.02 m，考慮到在標準狀態下超聲波的傳播速度為341 m/s，便可以計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，在接到調度許可開始工作的命令后，認為線路既已停電，可不必驗電，就掛接地線。“驗電”是“掛接地線”前一個絕不可少的步驟，因為線路停電的倒閘操作一般是由變電操作人員實施，對線路工作人員來說，“驗電”才是真正的第一項技術操作內容，是對“停電”的現場確認手續，是能否進入下一個工序——掛接地線的判據，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，實現線路工作人員自我保護。因考慮到線路工作多在野外，點多面廣線長，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。工作票制度是電力生產中保證安全的重要組織措施之一，嚴格和正確執行工作票制度是電力安全生產的基本要求，評定工作票合格的條件包括兩個方面：票面合格和實施正確，缺一不可。工作票的實施正確尤為重要，因為安全生產應注重“過程治理”和“現場落實”。少掛接地線的錯誤是顯而易見的，而臨時改變接地點在技術上不一定會出錯，錯在執行工作票制度的不嚴厲。不嚴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，這種作風與電力生產作業標準化、規范化的基本要求背道而馳，對安全生產的危害極大，應厲行禁止。

（3）掛接地線沒必要設專人監護。《電業安全工作規程》（電力線路部分）（DL409-91）只明確了驗電時應有專人監護，對掛接地線則未提及。正如前述，“驗電”和“掛接地線”是密不可分的前后工序，掛接地線時設專人監護既順理成章，也有必要，其意義在于掛接地線操作的各項安全技術要點可以得到監督實施，防止一些工作人員各施各法或偷工減料的不規范動作出現，從制度落實上保障安全生產。

（4）假如不是在線路三相上進行工作，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。當發生三相對稱來電時，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），可能對工作人員產生傷害。而采用三相短路接地時，因為短路處的三相短路電流之和為0，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越多越好。在鄰近帶電線路的停電線路上作業時，若有感應電壓反映在停電線路上，應在工作相上加掛輔助接地線，以消除感應電壓的影響。但要注重為防止感應可能產生的環流，同一座桿塔不宜有2個或2個以上的接地點。

結語

本裝置能夠有效地保障電力檢修作業的安全，杜絕因操作不當帶來的人身傷害和經濟損失。使用了GSM 傳輸方式，使得電力檢修作業地線檢測能夠做到實時在線監測的目的，能夠有效地避免實際過程中因操作不當而帶來的安全隱患。同時采用了超聲波測距的方法來檢測接地線的狀態，有效避免了因現場電磁干擾過大而帶來的誤報信息。

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