一種智能多功能防護系統的研制

張湧峰 鄭海良 魯強宇

（余姚市宏宇輸變電工程有限公司，浙江寧波315400）

0 引言

人體與帶高電壓設備部分的距離小于安全距離時，極有可能發生人身傷亡事故，所以，高壓試驗現場常布置安全防護設施對工作人員及行人進行警示，并派安全監護人員對試驗區域進行專責警戒。實際操作中，現有安全防護措施存在以下重要問題：（1）安全防護設施一般為安全圍網、安全警示帶甚至簡易的繩子，一旦有人擅自移動或越過安全隔離設施后，就可能發生觸電事故；（2）對于復雜、監護難度大的試驗現場，由于受試驗設備的遮擋，很容易出現監護盲區，非高壓試驗人員仍可能誤入加壓區域；（3）試驗加壓前由于呼唱不到位，加壓人員在接線人員未撤退到安全設施以外便開始加壓，導致工作人員出現人身傷亡。可見，現有的物防配合人防的安全隔離方式，高度依賴現場工作人員的安全意識，防護較被動且效果不夠明顯。

因此，對傳統圍欄進行功能升級，研制出一種變被動保護為主動保護，當有人員侵入或工作人員未撤離危險區域時既能及時發出警報，又能切斷電源，從根本上消除潛在危險的智能防護系統有重要意義。另外，考慮到現場高壓設備的電壓、電流，環境的溫濕度均需要攜帶單獨的儀表分別測量，自動化程度低，若在防護系統單一隔離功能的基礎上集成其他參數測量功能，將大大提升試驗效率。

1 系統防護原理

針對現有安全防護措施主動性差的缺點，系統采用了主動紅外入侵探測技術及無線射頻識別技術。前者用來防護侵入高壓危險區域人員，后者用來探測滯留在高壓危險區的接線人員。

1.1 主動紅外入侵探測原理

主動式紅外入侵探測器又叫紅外對射，其原理是利用紅外發光二極管發射的紅外射線，經過光學透鏡做聚焦處理，使光線傳至很遠的距離，最后光線由接收端的光敏晶體管接收。紅外對射裝置總是成對使用，分別用來發射和接收紅外線，對射裝置間形成一道隱形的防護界限，當有物體通過界限，紅外光束被遮斷時，會產生電信號驅動警戒裝置發出警報（圖1）。該探測技術不僅可以應用在室內，也可應用在露天場合，因此特別適用于各種高壓試驗場合。

圖1 主動式紅外探測原理

紅外對射采用的紅外線為不可見光，為了讓警示效果更加明顯，紅外對射裝置被設置在普通安全圍欄柱上，構成紅外柵欄。本系統中所采用的紅外對射裝置警戒距離為3級可調，現場可根據實際情況靈活增減紅外柵欄數目。

1.2 無線射頻識別原理

無線射頻識別技術（RFID）是一種基于無線電通信的非接觸式的自動識別技術，RFID系統可以在不接觸、非視距的條件下快速識別一個或多個待識別目標。由于其具有眾多優點，該項技術被廣泛應用在生產生活的方方面面。

RFID系統主要包括電子標簽、閱讀器、應用管理系統，其中電子標簽上存儲了待識別目標的身份信息。系統工作時，閱讀器通過無線網絡向電子標簽發射詢問信號，當電子標簽進入閱讀器的識別范圍后，通過內部電源或是感應信號能量驅動內部電路，使其通過無線電波向閱讀器發送所存儲的目標信息，閱讀器可通過通信接口將信息發送給應用管理系統進行數據處理（圖2）。電子標簽和閱讀器內均設置了天線，天線是兩者實現通信的橋梁。

圖2 無線射頻識別原理

本智能多功能防護系統中，根據不同電壓等級下實際的安全距離，為閱讀器設定不同的工作頻率，保證閱讀器的識別范圍與高壓危險區域相匹配。將閱讀器放置在高壓設備上，當佩戴電子標簽的接線人員進入高壓區域或未撤離到安全距離以外時，閱讀器將收到電子標簽存儲的身份信息發送給控制模塊，使其控制接觸器實現試驗電源斷電或是不能合閘，并在顯示器上給出“工作人員在危險區域！”的提示，警告加壓人員，保證接線人員的生命安全。

2 智能多功能防護系統的結構

智能多功能防護系統由控制模塊、紅外柵欄、RFID組件、聲光報警器、接觸器、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元、顯示器、電源模塊組成（圖3）。控制模塊是整個防護系統的控制核心，其信號輸入端與紅外柵欄、RFID組件、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元連接，信號輸出端與接觸器、聲光報警器、顯示器相連。

紅外入侵探測信號及無線射頻識別信號以邏輯或的關系輸入到控制模塊。當有人員越過安全圍欄時，紅外柵欄上的紅外光束被阻斷，這一變化經分析處理后傳送至控制模塊，控制模塊發出指令控制聲光報警器，使其在視覺與聽覺上給侵入人員提醒發出警報，并使接觸器動作，切斷試驗電源。當佩戴電子標簽的接線人員在加壓人員未斷電的情況下進入高壓危險區變更接線，或是接線完成后未及時退出到安全距離以外時，閱讀器能探測到電子標簽的信息，并將信息傳給控制模塊，控制模塊發出指令使接觸器斷電，并通過顯示器通知加壓人員。

圖3 智能多功能防護系統的原理結構圖

電壓電流采集單元、溫濕度采集單元用來實現對試驗線路電壓和電流參數及環境溫濕度參數的采集，采集結果通過顯示器呈現給現場工作人員。

電源模塊為系統中各部分的能量來源，其采用大容量鋰電池供電，功率達500 Wh，有交直流兩種輸出可供選擇，現場找不到合適的電源時，其還可為其他設備供電。

3 結語

本文提出的智能多功能防護系統，當有人員侵入或工作人員在高壓危險區時，可以主動發出警報并及時斷電，變被動保護為主動保護，從根本上消除潛在危險；可省去專責監護任務，不僅能提高工作人員的試驗效率，還可減少工作人員數量，間接降低試驗的經濟成本；將電壓、電流、溫濕度、時間及高壓電源的通斷顯示等與高壓隔離防護系統集成到一起，省去攜帶多種儀器的不便，避免了某種儀器忘帶造成的不便，并節省了執行多種測量的時間，提高了工作效率。系統在實際應用中口碑良好，具有很好的市場推廣價值。