基于紅外對射的高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)研究

陳 侃，夏正亞，茅曉亮，周超杰，管琰玲，王 潔

(國網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499)

0 引言

隨著變電站建設與改造工程的逐年增多，安全生產(chǎn)問題突出，為保障變電站內檢修人員進行電氣設備檢修、試驗等工作時的安全，檢修人員與帶電設備的隔離是重要安全措施之一，可有效防止工作人員誤入帶電區(qū)域或誤碰帶電設備[1]。但傳統(tǒng)圍欄在現(xiàn)場的警示作用已明顯存在不足，尤其對于變電站高處作業(yè)，傳統(tǒng)安全圍欄無法設置，現(xiàn)場的安全管控只能憑借人為監(jiān)督和作業(yè)人員自覺來執(zhí)行，存在著很大的安全隱患，因此，急需解決高處作業(yè)無法布置安全圍欄的問題。

目前社會上已研制出一些新型安全圍欄，可實現(xiàn)區(qū)域入侵報警、人員穿行警示區(qū)、誤入帶電間隔警示等功能[1-4]。但這些圍欄都無法實現(xiàn)高處作業(yè)的實時監(jiān)控。

基于紅外對射、無線傳輸技術構建一套高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)，對于高處作業(yè)來說，一旦有人或者吊車越線，裝置就會發(fā)出報警及手機APP推送報警，工作負責人、監(jiān)護人能及時發(fā)現(xiàn)并制止危險操作，使得工作區(qū)與帶電區(qū)域保持有效隔離，保障人員與設備的安全。同時現(xiàn)場人員能夠實時掌握作業(yè)安全情況，及時發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)現(xiàn)場安全距離不足的情況，提升對現(xiàn)場的監(jiān)控能力。

1 高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)構建

檢修人員在變電站高處作業(yè)過程中無法設置傳統(tǒng)安全圍欄，只能通過工作負責人、監(jiān)護人進行監(jiān)督來完成工作，而高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)則配置了主動紅外發(fā)射機與接收機來發(fā)送、接收紅外線，當發(fā)射與接收機之間的紅外光線被變電站內高處作業(yè)檢修人員或越線的吊車完全遮擋或按指定百分比遮擋時，將產(chǎn)生大功率聲音報警，同時后臺手機APP提示工作負責人告警信息。系統(tǒng)中的電池通過太陽能供電，無需外接電源，耐用且安裝方便；同時由于系統(tǒng)采用無線調頻、跳頻信號進行報警，無需外接信號線，解決了無線信號容易被其他信號干擾或誤報等問題。高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)結構

圍欄系統(tǒng)底座采用16.67 cm平板與4個帶剎車的腳輪，腳輪直徑為125 mm，采用帶剎車的萬向輪，可實現(xiàn)任意方向移動和固定，也可在粗糙或不平整的地面上使用；伸縮桿采用一體式抽拉鋼管，拆卸方便且結實耐用，升降、伸縮自如，具有任意高度控制、堅固耐用的特點。紅外對射裝置固定在伸縮桿上，可自由調節(jié)高度，并集成太陽能電池、無線信號報警功能，無需接線，只需調試即可投入使用。系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1 圍欄系統(tǒng)參數(shù)

2 功能模塊設計

2.1 紅外對射裝置

目前的紅外對射裝置應用比較成熟，主要運用于技防方面。紅外對射裝置主要由主動紅外發(fā)射機和接收機組成，其工作原理為紅外光束一直發(fā)送，此時繼電器得電，常閉觸點打開；當紅外光線被遮擋時，繼電器失電，常閉觸點閉合，信號從防區(qū)輸入，觸發(fā)報警信號。主動紅外發(fā)射機采用12 V直流電源；經(jīng)過穩(wěn)壓電源為發(fā)光二極管提供電壓；發(fā)光二極管發(fā)出紅外光束被接收機接收，此時光的信號變成電流的信號，通過放大器放大，從而啟動繼電器輸出。

2.2 無線傳輸技術

系統(tǒng)采用無線調頻+跳頻信號發(fā)送，解決了無線信號容易被干擾和誤收誤報的問題；選用的數(shù)據(jù)編碼方式實現(xiàn)了數(shù)萬對光強不重碼，同時應用二次調制編碼光信號能消除幾種紅外對射與光墻之間相互干擾問題。系統(tǒng)具備自檢能力，發(fā)生故障時能夠向主機發(fā)送故障信息以實現(xiàn)自檢功能，如惡劣天氣影響造成偏移可發(fā)送偏移信息。

2.3 實現(xiàn)流程

變電站高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)典型應用如圖2所示，工作流程如圖3所示。常規(guī)高處作業(yè)過程中無法設置紅白帶、遮欄等安全措施，而高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)可以實現(xiàn)聲音報警及APP告警推送等多種報警方式。系統(tǒng)應用中會布設兩組紅外對射裝置，一組用于距離警示，另一組用于距離報警。當高處作業(yè)檢修人員或吊車越過警示距離時，將觸發(fā)APP告警，通知工作負責人、監(jiān)護人進行預防；當越過警示距離時，現(xiàn)場系統(tǒng)聲音報警同時APP推送給工作負責人，提醒及時處置，以達到隔離帶電設備的作用。

圖2 高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)應用

圖3 功能流程

3 實際應用

某220 kV變電站第一階段改造中需拆除旁路母線、構架、支柱絕緣子及旁路母線閘刀引下線。為了配合該階段施工任務，220 kV進線1、220 kV旁母和1號主變在檢修狀態(tài)，220 kV進線2和2號主變在運行狀態(tài)，2號主變旁路閘刀主變側上樁頭帶電。在拆除220 kV旁母時，兩個高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)投入應用來輔助運維人員進行現(xiàn)場實時安全監(jiān)控。

以帶電點為圓心6 m (220 kV設備不停電安全距離-報警距離)和7 m (預留警示距離)為半徑，設置兩套高處作業(yè)安全圍欄裝置。系統(tǒng)的設置使得運維人員能實時掌握高處作業(yè)檢修現(xiàn)場的情況，及時對越線人員或吊車進行相應處理，方便現(xiàn)場安全管理。

4 結束語

基于紅外對射、無線傳輸技術設計了變電站高處作業(yè)安全圍欄系統(tǒng)，具備監(jiān)測人員或吊車越線、大功率警鈴報警等功能，同時可通過APP將告警信息推送至負責人、監(jiān)護人，實現(xiàn)變電站高處作業(yè)過程中只要監(jiān)測到越線，系統(tǒng)將自動報警，及時提醒運維人員，起到實時監(jiān)視的作用，保證檢修人員及設備的安全。未來當系統(tǒng)接入數(shù)字化平臺后，可以根據(jù)需求增加新的功能，如當檢修人員或高處作業(yè)車突破安全距離時，可以通過數(shù)字平臺聯(lián)動大型機械兜臂動力開關，阻止其繼續(xù)靠近帶電設備，進而保證檢修人員、工器具和設備的安全。