对电力系统中检修挂接地线装置的分析

肖家兴 马辉 张贺 李畅 王雪 李子博

摘要：针对目前电力系统检修工作中挂、拆接地线存在的安全问题，笔者在实际工作中，发现”挂接地线”这一看似简单的操作，在实施中存在一些问题。本文介绍了一种新型电力检修作业地线装置的构成和硬件电路的实现，采用了基于全球移动通信系统GSM短消息技术的接地线在线监测装置的设计方案，并完成了装置的硬件设计和软件设计，并剖析了电力线路工作中挂接地线存在的常见问题。

关键词：电力系统；GSM；接地线；超声波测距

在电力系统中，检修工作是由人工通过调度与电话联系，确定需要的停电点，电力调度进行网上停电，作业人员挂接地线，进入网上作业操作，待作业完毕后，拆接地线，报告电力调度中心，恢复供电。在检修过程中主要靠操作票制度和现场作业人员对操作规程的执行程度。因此，有可能存在漏洞和误操作。

1 通信模块的软件设计

通信模块示意图结构如上图1所示。软件设计的首要问题是TC35短消息模块的接口开发，包括TC35初始化、工作方式和通信模式设定等等，其设置方式主要是利用AT指令（结构为AT+命令=参数）。例如指令AT+CMGF=0把TC35模块的短消息工作模式设置为PDU格式，指令AT+CMGL=0读取手机上全部未读过的短消息，具体的相关AT指令即可查询到相关资料。

在软件设计过程中，另外一个重点就是保证数据传输的可靠性。为使数据实现可靠性传输，主要考虑了三个方面的问题：①防止由于其他非正常的SMS内容对整个系统造成的干扰；②防止由于接口电路本身受到各种电磁干扰引起的数据错误；③防止GSM 网络繁忙时短信发送失败。对于第一种问题：介入当前短信息的大范围使用，出现众多的垃圾信息。为了系统不受该类信息的影响，装置在接收到SMS信息之后，立即判断出信息的来源。由于从GSM通讯模块读出的内容包括了发送信息的GSM 通讯模块的卡号，只要判断该号码是否与原来设置在线监测装置的通讯模块的卡号一致，若不一致则直接删除处理。对于第二个问题：可以采用合理的电源滤波电路和可靠的接口电路进行处理。处理器与GSM 通讯模块采用比较低的通讯速率，对传输数据进行累加和的方式进行校验判断，如出现错误则返回相应信息，同时要求对方重新发送信息。对于第三种，在进行短消息发送时考虑到GSM网络有时会出现网络繁忙出现发送失败的情况，为了保证短消息能够发送成功，在短消息发送失败后会自动重发三次。

2硬件系统的实现

由于在电力线路上除了输电线路外，没有其它任何物体，而且拆接地线和挂接地线时线路上极有可能有残压，故一般的传感器因为电磁干扰的影响很难准确的采集信号。

2.1超声波测距软件设计

在此设计过程中主要是利用了单片机内部的两个定时/计数器T0和Tl，其中T0口用于产生超声波的发射中心频率，T1口产生计数频率。在本文的设计中采用的工作方式都是方式1，因为这种方式计数范围大，不必频繁地产生计数中断便可完成所需测距功能，还可以大大减少计时误差。

2.2超声波测距原理

超声波测距的原理是采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回的时间，乘以超声波的速度再除以二，即可得到声源和障碍物之间的距离：

D=C·T/2

其中：C为超声波在空气中的传播速度，在通常情况下超声波的传播速度取341 m/s；T为超声波发射出去到接收到回波所需时间；D为所需测量的距离。

超声波测距电路时用到了两个重要的频率，在此装置设计时是利用单片机来产生频率。第一个频率，超声波的发射中心频率信号本来就是40kHz，并由单片机的P3.0口输出。这是由单片机内部的定时器由软件编程所产生。第二个频率是单片机进行的计数频率。当定时器/计数器为计数工作方式时，外部脉冲的下降沿将触发计数。为了方便计算，本文设计的一个时钟周期内所测距离和超声波测距精度均为0.01 m。超声波从发射器的声波发出，再由反射物反射到接收器，所传播的距离为2倍测量距离。因此要设计成在一个时钟周期内超声波所传播的距离为0.02 m，考虑到在标准状态下超声波的传播速度为341 m/s，便可以计算出定时器的溢出频率为l7.05 kHz。

3电力线路工作中挂接地线的常见问题分析

（1）填用第一种工作票，在接到调度许可开始工作的命令后，认为线路既已停电，可不必验电，就挂接地线。“验电”是“挂接地线”前一个绝不可少的步骤，因为线路停电的倒闸操作一般是由变电操作人员实施，对线路工作人员来说，“验电”才是真正的第一项技术操作内容，是对“停电”的现场确认手续，是能否进入下一个工序——挂接地线的判据，可以有效地消除“停错电或要停电而未停电”的人为失误带来对人身安全的威胁，实现线路工作人员自我保护。因考虑到线路工作多在野外，点多面广线长，即使是在工作地段两端挂接地线后，在分支线挂接地线和工作相挂辅助接地线之前，一般情况下也要先验电，以策安全。

（2）不在工作票上注明的接地杆塔挂接地线、少挂接地线或擅自改变接地点。工作票制度是电力生产中保证安全的重要组织措施之一，严格和正确执行工作票制度是电力安全生产的基本要求，评定工作票合格的条件包括两个方面：票面合格和实施正确，缺一不可。工作票的实施正确尤为重要，因为安全生产应注重“过程治理”和“现场落实”。少挂接地线的错误是显而易见的，而临时改变接地点在技术上不一定会出错，错在执行工作票制度的不严厉。不严格按照票面要求操作，使好的措施流于形式，助长个人的随意性，这种作风与电力生产作业标准化、规范化的基本要求背道而驰，对安全生产的危害极大，应厉行禁止。

（3）挂接地线没必要设专人监护。《电业安全工作规程》（电力线路部分）（DL409-91）只明确了验电时应有专人监护，对挂接地线则未提及。正如前述，“验电”和“挂接地线”是密不可分的前后工序，挂接地线时设专人监护既顺理成章，也有必要，其意义在于挂接地线操作的各项安全技术要点可以得到监督实施，防止一些工作人员各施各法或偷工减料的不规范动作出现，从制度落实上保障安全生产。

（4）假如不是在线路三相上进行工作，就可以只在工作相（单相或两相）上挂接地线，没必要将三相短路接地。当发生三相对称来电时，在单相或两相接地的情况下，接地处会产生一个IdR的对地电位升高（其中Id为短路电流，R为接地电阻），可能对工作人员产生伤害。而采用三相短路接地时，因为短路处的三相短路电流之和为0，短路处的对地电位为0，不会有触电的危险。所以，三相短路接地是必需的。

（5）工作相的輔助接地点越多越好。在邻近带电线路的停电线路上作业时，若有感应电压反映在停电线路上，应在工作相上加挂辅助接地线，以消除感应电压的影响。但要注重为防止感应可能产生的环流，同一座杆塔不宜有2个或2个以上的接地点。

结语

本装置能够有效地保障电力检修作业的安全，杜绝因操作不当带来的人身伤害和经济损失。使用了GSM 传输方式，使得电力检修作业地线检测能够做到实时在线监测的目的，能够有效地避免实际过程中因操作不当而带来的安全隐患。同时采用了超声波测距的方法来检测接地线的状态，有效避免了因现场电磁干扰过大而带来的误报信息。

参考文献：

[1]吴工文；变电站设备与微波站设备防雷接地[J]；上海电力，2009（4）

[2]李景禄，吴维宁，胡毅，李从旺，张海峰；110kV平宝线杆塔接地改造及防雷效果分析[3]高电压技术，2008（1）