基于紅外對射的高處作業安全圍欄系統研究

陳 侃，夏正亞，茅曉亮，周超杰，管琰玲，王 潔

(國網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域或誤碰帶電設備[1]。但傳統圍欄在現場的警示作用已明顯存在不足，尤其對于變電站高處作業，傳統安全圍欄無法設置，現場的安全管控只能憑借人為監督和作業人員自覺來執行，存在著很大的安全隱患，因此，急需解決高處作業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，可實現區域入侵報警、人員穿行警示區、誤入帶電間隔警示等功能[1-4]。但這些圍欄都無法實現高處作業的實時監控。

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

1 高處作業安全圍欄系統構建

檢修人員在變電站高處作業過程中無法設置傳統安全圍欄，只能通過工作負責人、監護人進行監督來完成工作，而高處作業安全圍欄系統則配置了主動紅外發射機與接收機來發送、接收紅外線，當發射與接收機之間的紅外光線被變電站內高處作業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。高處作業安全圍欄系統結構如圖1所示。

圖1 高處作業安全圍欄系統結構

圍欄系統底座采用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。系統參數見表1。

表1 圍欄系統參數

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射機和接收機組成，其工作原理為紅外光束一直發送，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，信號從防區輸入，觸發報警信號。主動紅外發射機采用12 V直流電源；經過穩壓電源為發光二極管提供電壓；發光二極管發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

系統采用無線調頻+跳頻信號發送，解決了無線信號容易被干擾和誤收誤報的問題；選用的數據編碼方式實現了數萬對光強不重碼，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。系統具備自檢能力，發生故障時能夠向主機發送故障信息以實現自檢功能，如惡劣天氣影響造成偏移可發送偏移信息。

2.3 實現流程

變電站高處作業安全圍欄系統典型應用如圖2所示，工作流程如圖3所示。常規高處作業過程中無法設置紅白帶、遮欄等安全措施，而高處作業安全圍欄系統可以實現聲音報警及APP告警推送等多種報警方式。系統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。當高處作業檢修人員或吊車越過警示距離時，將觸發APP告警，通知工作負責人、監護人進行預防；當越過警示距離時，現場系統聲音報警同時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 高處作業安全圍欄系統應用

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，220 kV進線2和2號主變在運行狀態，2號主變旁路閘刀主變側上樁頭帶電。在拆除220 kV旁母時，兩個高處作業安全圍欄系統投入應用來輔助運維人員進行現場實時安全監控。

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，設置兩套高處作業安全圍欄裝置。系統的設置使得運維人員能實時掌握高處作業檢修現場的情況，及時對越線人員或吊車進行相應處理，方便現場安全管理。

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安全圍欄系統，具備監測人員或吊車越線、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、監護人，實現變電站高處作業過程中只要監測到越線，系統將自動報警，及時提醒運維人員，起到實時監視的作用，保證檢修人員及設備的安全。未來當系統接入數字化平臺后，可以根據需求增加新的功能，如當檢修人員或高處作業車突破安全距離時，可以通過數字平臺聯動大型機械兜臂動力開關，阻止其繼續靠近帶電設備，進而保證檢修人員、工器具和設備的安全。