設(shè)備狀態(tài)智能感應語音播報器的設(shè)計與實現(xiàn)

文/魏亞瑟 胡香 耿照江 王思謹

1 引言

變電站設(shè)備目前存在運行、熱備用、冷備用、開關(guān)檢修、線路檢修、開關(guān)及線路檢修等多種設(shè)備狀態(tài)，而設(shè)備狀態(tài)和多種開關(guān)狀態(tài)相關(guān)。例如，當設(shè)備處于冷備用狀態(tài)時,隔離開關(guān)和斷路器均在分閘位置,隔離開關(guān)和斷路器閉合時,設(shè)備切換到運行狀態(tài)。當設(shè)備處于檢修狀態(tài)時,隔離開關(guān)和斷路器位于分閘位置。因此，通過對相應開關(guān)(刀閘)狀態(tài)的檢測，可以獲取當前變電站設(shè)備的狀態(tài)。

變電檢修工作人員在實際工作中需要打開工作間隔對應的圍欄，方可進入并開展相關(guān)工作。近些年，變電站工作時由于人員誤入帶電間隔導致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。如在熱備用狀態(tài)，線路出線斷路器處于斷開位置，兩側(cè)隔離閘刀仍然閉合。在熱備用狀態(tài)下，線路上不允許進行常規(guī)檢修作業(yè)，這是由于線路隨時可能恢復送電，如進行常規(guī)檢修作業(yè)，將有很大的風險。根據(jù)《安規(guī)》要求，判斷設(shè)備位置需要檢查設(shè)備的實際狀態(tài)，若無法直接看到實際位置，需要至少兩個非同樣原理或非同源的指示均顯示設(shè)備確在該位置才能判斷設(shè)備的實際位置。近些年，工作人員在變電站工作時，有可能無意中跨過帶電設(shè)備遮攔，誤入帶電間隔進行工作，導致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。如何杜絕此類事故發(fā)生，是一個比較重要的研究課題。

因此，本文擬開發(fā)一個能夠智能感應設(shè)備狀態(tài)的裝置，通過檢測開關(guān)狀態(tài)而確定設(shè)備狀態(tài)。該設(shè)備擬安裝在帶電設(shè)備圍欄開口處，感應到工作人員靠近，即用語音播報設(shè)備運行狀態(tài)，對工作人員起到了警示作用。

2 技術(shù)方案

該裝置可分為兩部分。如圖1所示，分為開關(guān)狀態(tài)感知模塊、人體感應模塊和語音播放模塊。開關(guān)狀態(tài)感知模塊接入端子箱，借由接入間隔內(nèi)設(shè)備的不同電氣量來判斷間隔的狀態(tài)，再將相應信息傳到主控芯片。人體感應模塊和語音播放模塊放置于帶電間隔的出入口處，在感應到人員時播放出相應信息。

2.1 變電站開關(guān)狀態(tài)自動感知

本發(fā)明能夠檢測六組選擇開關(guān)的撥檔組合，實現(xiàn)運行、熱備用、冷備用、開關(guān)檢修、線路檢修、開關(guān)及線路檢修等多種設(shè)備狀態(tài)的自動感知。

所依據(jù)的原理是：開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化（如開和關(guān)）后，電網(wǎng)潮流分布發(fā)生了變化，因此根據(jù)電網(wǎng)中的電壓、電流和功率等物理量，可推導出開關(guān)的不同撥擋組合。具體實現(xiàn)中，在每個開關(guān)的遠離母線側(cè)方向處，増加感應器，并建立“開關(guān)狀態(tài)-電流”計算模型：

（1）根據(jù)開關(guān)分合狀態(tài)，將電網(wǎng)物理模型轉(zhuǎn)為等效電路模型，并統(tǒng)計各節(jié)點的電源和負荷功率，設(shè)置好初始條件；

（2）根據(jù)等效電路，形成節(jié)點電壓方程，求得節(jié)點電壓，再計算支路功率和電流；

（3）根據(jù)電流和電壓互感器在電網(wǎng)物理模型中的配置地點，從支路功率和電流，求出電流和功率量測值，建立關(guān)聯(lián)。

2.2 帶電間隔人體靠近檢測

該設(shè)備采用微波雷達人體感應傳感器，如圖2(a)所示，能夠檢測并準確判斷人體，只有當某種近人大小且有在體溫相近的溫度物體接近出入口附近的指定區(qū)域時，才可觸發(fā)感應器播報。并解決誤觸發(fā)、多重觸發(fā)問題。

主控芯片采用STC8F2K08S2單片機，如圖2(b)所示，尺寸小，僅為長72mmX寬63mmX高18mm。外圍電路非常簡單，有兩個硬件串口。但其內(nèi)部RAM擴展到了2K字節(jié),內(nèi)部時鐘頻率可達27MHz，適用于本文的應用環(huán)境，即接口需求小但RAM需求高。

該設(shè)備擬安裝在帶電設(shè)備圍欄開口處，以便感應到工作人員靠近，如圖3所示。

2.3 智能語音報警

在感應器感應到人員接近時，該模塊迅速以標準語音和合適音量將當前間隔的名稱、編號、狀態(tài)等因素播放出來。

語音播報電路由語音芯片、一個播放器和外圍電路搭建而成。語音控制芯片采用JQ8900芯片，支持MP3、WAV硬件解碼，支持FAT文件系統(tǒng)。內(nèi)部采用DSP硬件解碼，支持90dB，信比為85dB。支持7種播放模式控制，可通過程序設(shè)定，修改不同設(shè)定，如該播放的語音、音量大小、語速等等。

3 現(xiàn)場實驗

在實際工作中，應用到國網(wǎng)奉化供電西塢供電所進行變電所巡查，在工作人員靠近安裝在戶外設(shè)備間隔圍欄時，安裝在圍欄開口處的設(shè)備狀態(tài)智能感應語音播報器，根據(jù)運行特性和設(shè)備情況，播報狀態(tài)為“熱備用狀態(tài)”。工作人員聽到智能播報，即停止進入帶電隔間，避免了由此導致的事故或者人員傷亡事件，保障了電力工人的安全工作。

圖1：設(shè)備技術(shù)架構(gòu)圖

圖2

圖3：設(shè)備安裝位置示意圖

進行慈溪變電所巡查過程中，在靠近安裝在戶外設(shè)備間隔圍欄時，安裝在圍欄開口處的設(shè)備狀態(tài)智能感應語音播報器，根據(jù)運行特性和設(shè)備情況，播報狀態(tài)為“維修狀態(tài)”。檢修狀態(tài)是指線路出線斷路器及其兩側(cè)隔離閘刀同時處于斷開狀態(tài)，斷路器兩側(cè)(動靜觸頭)均無電壓，且線路一側(cè)通過接地刀閘或三相短路接地線與大地連通的狀態(tài)。在線路施工中，常常是工作點兩側(cè)懸掛三相短路接地線。在該狀態(tài)下，工作點兩端掛設(shè)有接地線,使用第一、第二種工作票及相對應的安全措施即可保證施工中的安全操作。

4 結(jié)論

近些年，變電站工作人員誤入帶電間隔導致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。《電力安全工作規(guī)程》第1.8條規(guī)定:“所謂運用中的電氣設(shè)備,系指全部帶有電壓、一部分帶有電壓或一經(jīng)操作即帶有電壓的電氣設(shè)備”。因此，如何防止此類事故發(fā)生，是一個比較關(guān)鍵的研究課題。

本文提出了一種變電站設(shè)備狀態(tài)的智能感應語音播報器，以提醒工作人員不要在帶電階段進入限定區(qū)域。同時通報變電站設(shè)備的狀態(tài)，不需要跨越遮攔進行核對。該方案安裝簡單而有效，可推廣到各處變電站，保證電力系統(tǒng)安全運行。