一种特高压带电作业报警器的设计

叶欣欣，刘卫明

（国网内蒙古东部电力有限公司 科学研究院 ，内蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

本文设计一款基于单片机控制的特高压带电作业近电报警装置，该装置有多个可调节的工作挡位，可以根据实际需要选择相应的挡位。同时该装置有着便于携带、安装简单，感应灵敏度高等优点。

1 背景技术

人体处于特高压输电线路附近时，输电线路附近所产生的交变电磁场将在人体中产生感应电流，其中当人处于输电线路下方时所接受到的电磁场强度最大，在人体内产生的感应电流最大。当感应电流超过人体承受的极限值后，人体会在电磁场的作用下瞬间产生大量的热量，大量的热会对人体神经细胞组织造成刺激或损伤，影响人体健康。电力人员在特高电压环境下工作时常常需要佩戴近电报警器，当佩戴人员误入带电区域时，近电报警装置可以在不接触带电体情况下利用电磁感应检测输电线附近的感应电压，当电压值超过人体所能承受的极限时装置将发出连续的警报声提醒人员注意危险及时撤离危险区域，从而实现预防直接触电与跨步电压触电的功能，减少触电伤亡事故的发生。

常见的近电报警器有可穿戴的手表式以及安全帽内置式两种方式，这两种近电报警器在实际应用中存在着许多问题：①手表式近电报警器，只能设置单阈值，不适用于多电压等级的报警；②安全帽内置式报警器采用工业双面胶粘贴在安全帽上，双面胶不可重复使用，每次拆装都需要重新粘贴；③现有报警器仅适用电压等级为220kV及以下，220kV以上电压等级没有匹配的便携式近电报警器。

2 总体方案

针对现有近电报警器工作模式单一、佩戴方式繁琐及适用范围小的缺点，本文设计了一种适用于特高压带电作业且可以分级报警的便携式特高压近电报警器。

特高压带电作业报警器硬件设计示意图如图1所示，主要的组成部件有：感应模块、电压转换模块、单片机、电源电路、报警模块；感应模块可以交变磁场中产生感应电流，电压转换模块将感应到的交变电流转换为电压输出到单片机A/D端口，单片机将采样的数据进行A/D转换后开始计算分析并作出相应的输出，报警模块连接蜂鸣器，使单片机输出到蜂鸣器。当接近高压带电区域时，感应模块在高压交变电磁场中产生相应的感应电流，距离高压带电体越近感应电流则越大，将感应电流经电阻转换为电压后通过A/D采样进入单片机，在单片机内和内部设定阈值比较，当感应电压大于阈值时单片机输出值到报警模块进行报警；通过接入感应模块芯片不同阻值的电阻，实现切换不同电压等级的报警。

图1 报警器硬件设计图Fig.1 Hardware design diagram of the alarm

3 工作原理

根据现场不同的电压等级（500kV，750kV，1000kV）， 选择适合的档位，不同的档位连接不同的匹配电阻。使用前，先将档位开关拨至符合现场电压等级的档位，再打开电源开关，听到三声“嘟、嘟、嘟”，表示自检功能正常，该产品可正常使用，方可进入高压区域作业。近电报警器背面采用别针式胸牌夹具，佩戴在衣服部位。当高压带电区域交变磁场穿过感应模块时，根据法拉第电磁感应定律，在感应模块内将会产生感应电流。在工频电场中，不同电压等级的交流电产生的交变磁场强度不同，感应模块在不同电压等级的交变电磁场中将感应产生不同的感应电流，通过该电压等级下的电阻转换为不同的感应电压；经过A/D转换模块进入单片机输入端口，经过计算后和设定阈值比较，同一交变磁场中与带电体的距离不同产出的感应电流也不同，距离越近。磁场越强，感应电流越大，感应电压越大。当感应电压大于该电压等级的安全阈值时单片机输出端口发出一段高频率的脉冲至无源蜂鸣器端口，使蜂鸣器发出报警，感应电压越高，脉冲频率越高，警报声越刺耳，整机电路原理图如图2所示。近电报警器发出连续的警报声以提醒人员注意危险及时撤离危险区域，说明交变电磁场会在人体内产生感应电流，当感应电流超过一定值时，人体将产生不适感，甚至会对人体神经细胞和组织造成刺激和其他影响。

图2 近电报警器电路原理图Fig.2 Schematic diagram of proximity alarm circuit

4 实验过程

将组装好的近电报警装置开机，听到蜂鸣器嘟嘟嘟声，表示机器自检正常，调节近电报警器的挡位到500kv，开始接近500kv电网，随着距离输电线的距离越近，蜂鸣器报警频率提高，声音逐渐刺耳。实验过程很好的说明了近电报警器工作的可靠性，能够很好的保障电力工人的安全工作。报警器样机如图3所示。

图3 近电报警器样机Fig.3 Prototype of near-electric alarm

5 结束语

便携式特高压带电作业报警器的开发成功的实现了特高压带电体近电报警的作用，该产品便于携带、安装，感应灵敏。可在不同电压等级，不同环境中使用，为电力工人的安全作业提供有力的保障。