变电站电力间隔防误入预警系统及现场装置研究

陈家庚

摘 要：電力间隔是变电站里一些实现某些共同功能紧密联系的设备组合，通常包括出线断路器、隔离刀闸及接地刀闸等设备，电力间隔之间用空间或隔断隔开，以便检修工作顺利开展。因工作人员工作疏忽或安全保护措施不到位导致的事故时有发生。本文针对电力间隔特点及供电公司已有开票系统，设计一套基于传感器技术、嵌入式单片机技术与物联网技术的电力间隔防误入预警系统。系统通过安装于开关柜内的电场检测传感器、红外人体检测传感器、行程开关和检修标志传感器，实时监测开关柜状态，并在开关柜被非法操作时把监测信息发送到报警单元，由报警单元进行现场语音提示、现场声光报警和远程短信报警。

关键词：无线通信技术；传感器技术；嵌入式；报警系统

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0162-02

1 引言

电力间隔是变电站里一些实现某些共同功能紧密联系的设备组合，通常包括出线断路器、隔离刀闸及接地刀闸等设备，电力间隔之间用空间或隔断隔开，以便检修工作顺利开展。因工作人员工作疏忽或安全保护措施不到位导致的电力间隔事故时有发生。究其原因主要有以下两方面因素：

（1）人为因素：在工作中安全责任心不强，思想注意力分散，或未严格按照安全技术规范进行操作或工作。

（2）设备因素：设备标示不清、设备无可靠闭锁、无安全警示及可靠的隔离措施。

要防止严重误操作事故及误入带电间隔的发生，除了抓好检修、运行人员的安全思想教育、加强安全技术业务培训及加强运行操作及检修工作中的监护外，还应从设备的硬件防范措施着手。如设备的防止误操作、防误入带电间隔措施是否完善等。

针对以上间隔操作管理中遇到的问题，基于当今快速发展的物联网技术，结合传感器技术、嵌入式单片机技术等方面多年的技术积累，设计了一套变电站间隔防误入预警系统，在操作人员误入带电间隔前，给出声光预警提示，同时系统可以扩展到远程短信预警。

2 系统总体设计

系统由现场传感器、监测主机及报警装置三部分组成。其中监测主机通过对传感器数据的分析处理实现对现场环境的实时把控，当现场出现误操作或者误入间隔的情况时，主控装置通过无线系统向报警装置发送报警信息，报警装置接收到现场主控装置的报警信息后，根据报警情况，通过短信、语音和声光系统，实现报警功能。系统架构如图1所示。

3 硬件设计

电力间隔防误入装置由监测传感器、监测主机、报警装置组成。其中监测传感器完成对现场状态量的采集，监测主机对采集的数据进行计算、分析，并将结果反馈给报警装置，报警装置提供声光报警及短信报警。

3.1 监测传感器

监测传感器包含触点带电检测传感器、开门感应传感器、人体红外感应传感器，其中触点带电检测传感器检测开关柜触点是否存在高压，开门感应传感器通过行程开关检测电力间隔门是否打开，人体红外感应传感器检测电力间隔前是否有人员活动。

触点带电检测传感器是整个系统中的核心，该传感器由桥式电路和LM358运放电路组成，TL431为运放电路提供2.5V的基准电压，R14、R15、R22和称重传感器构成桥的4个桥臂，传感器数据通过R18和R20输入到第1级运放电路，R16、R19构成第1级运放电路的反馈电路，第1级数据的信号经过2级放大之后通过LM358的OUT2管脚输出，通过R21之后输入到主控的ADOUT1端口，主控单元对数据进行AD转换并查表之后确定对应的电场强度。其设计电路如图2所示。

3.2 监测主机

监测主机主控芯片采用STC12C5A60S2，该芯片指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），特别适合强干扰环境应用。

监测主机结构框图如图3所示。

监测主机的无线通信单元具备超低功耗和自休眠、中断唤醒等特点，在没有数据传输时系统能自动进入休眠模式，当接收到传输中断之后会自动唤醒，无需外部软件和硬件参与，使得在设计硬件电路时无需过多考虑其与主系统之间的硬件和软件设置，只需要分配一个SPI与模块相连和基本的软件设置即可，大大减低了系统的设计难度和程序的编写量，使得系统设计更简单灵活。

其设计电路如图4所示。

3.3 报警装置

报警主机模块主要包括语音提示、声光报警及短信报警单元组成，结构框图如图5所示。

（1）现场语音提示单元以维创科技的ISD1700作为语音处理芯片，芯片可以实现多段语音的录制与播放，并可通过通信接口实现不同语音的切换。电路设计如图6所示。

（2）短信提示单元采用SIM900A模块，其AT指令与标准AT指令相同，同时采用PDU的数据格式进行发送和接收数据。

4 软件设计

监测主机软件基于KEIL4开发，电力间隔防误入预警系统基本工作流程为：监测→判断→预警。

程序流程图如图7所示。

5 结语

本系统利用传感器技术与无线通信技术，实现对开关柜内电场强度检测、开关柜状态及检修状态实时在线监测，能够为现场开关柜检修人员提供可靠的开关柜状态信息，确保现场检修工作安全进行，并在检修人员误操作开关柜时使给出报警提示。

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