基于红外对射的高处作业安全围栏系统研究

陈 侃，夏正亚，茅晓亮，周超杰，管琰玲，王 洁

(国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201499)

0 引言

随着变电站建设与改造工程的逐年增多，安全生产问题突出，为保障变电站内检修人员进行电气设备检修、试验等工作时的安全，检修人员与带电设备的隔离是重要安全措施之一，可有效防止工作人员误入带电区域或误碰带电设备[1]。但传统围栏在现场的警示作用已明显存在不足，尤其对于变电站高处作业，传统安全围栏无法设置，现场的安全管控只能凭借人为监督和作业人员自觉来执行，存在着很大的安全隐患，因此，急需解决高处作业无法布置安全围栏的问题。

目前社会上已研制出一些新型安全围栏，可实现区域入侵报警、人员穿行警示区、误入带电间隔警示等功能[1-4]。但这些围栏都无法实现高处作业的实时监控。

基于红外对射、无线传输技术构建一套高处作业安全围栏系统，对于高处作业来说，一旦有人或者吊车越线，装置就会发出报警及手机APP推送报警，工作负责人、监护人能及时发现并制止危险操作，使得工作区与带电区域保持有效隔离，保障人员与设备的安全。同时现场人员能够实时掌握作业安全情况，及时发现并纠正作业现场安全距离不足的情况，提升对现场的监控能力。

1 高处作业安全围栏系统构建

检修人员在变电站高处作业过程中无法设置传统安全围栏，只能通过工作负责人、监护人进行监督来完成工作，而高处作业安全围栏系统则配置了主动红外发射机与接收机来发送、接收红外线，当发射与接收机之间的红外光线被变电站内高处作业检修人员或越线的吊车完全遮挡或按指定百分比遮挡时，将产生大功率声音报警，同时后台手机APP提示工作负责人告警信息。系统中的电池通过太阳能供电，无需外接电源，耐用且安装方便；同时由于系统采用无线调频、跳频信号进行报警，无需外接信号线，解决了无线信号容易被其他信号干扰或误报等问题。高处作业安全围栏系统结构如图1所示。

图1 高处作业安全围栏系统结构

围栏系统底座采用16.67 cm平板与4个带刹车的脚轮，脚轮直径为125 mm，采用带刹车的万向轮，可实现任意方向移动和固定，也可在粗糙或不平整的地面上使用；伸缩杆采用一体式抽拉钢管，拆卸方便且结实耐用，升降、伸缩自如，具有任意高度控制、坚固耐用的特点。红外对射装置固定在伸缩杆上，可自由调节高度，并集成太阳能电池、无线信号报警功能，无需接线，只需调试即可投入使用。系统参数见表1。

表1 围栏系统参数

2 功能模块设计

2.1 红外对射装置

目前的红外对射装置应用比较成熟，主要运用于技防方面。红外对射装置主要由主动红外发射机和接收机组成，其工作原理为红外光束一直发送，此时继电器得电，常闭触点打开；当红外光线被遮挡时，继电器失电，常闭触点闭合，信号从防区输入，触发报警信号。主动红外发射机采用12 V直流电源；经过稳压电源为发光二极管提供电压；发光二极管发出红外光束被接收机接收，此时光的信号变成电流的信号，通过放大器放大，从而启动继电器输出。

2.2 无线传输技术

系统采用无线调频+跳频信号发送，解决了无线信号容易被干扰和误收误报的问题；选用的数据编码方式实现了数万对光强不重码，同时应用二次调制编码光信号能消除几种红外对射与光墙之间相互干扰问题。系统具备自检能力，发生故障时能够向主机发送故障信息以实现自检功能，如恶劣天气影响造成偏移可发送偏移信息。

2.3 实现流程

变电站高处作业安全围栏系统典型应用如图2所示，工作流程如图3所示。常规高处作业过程中无法设置红白带、遮栏等安全措施，而高处作业安全围栏系统可以实现声音报警及APP告警推送等多种报警方式。系统应用中会布设两组红外对射装置，一组用于距离警示，另一组用于距离报警。当高处作业检修人员或吊车越过警示距离时，将触发APP告警，通知工作负责人、监护人进行预防；当越过警示距离时，现场系统声音报警同时APP推送给工作负责人，提醒及时处置，以达到隔离带电设备的作用。

图2 高处作业安全围栏系统应用

图3 功能流程

3 实际应用

某220 kV变电站第一阶段改造中需拆除旁路母线、构架、支柱绝缘子及旁路母线闸刀引下线。为了配合该阶段施工任务，220 kV进线1、220 kV旁母和1号主变在检修状态，220 kV进线2和2号主变在运行状态，2号主变旁路闸刀主变侧上桩头带电。在拆除220 kV旁母时，两个高处作业安全围栏系统投入应用来辅助运维人员进行现场实时安全监控。

以带电点为圆心6 m (220 kV设备不停电安全距离-报警距离)和7 m (预留警示距离)为半径，设置两套高处作业安全围栏装置。系统的设置使得运维人员能实时掌握高处作业检修现场的情况，及时对越线人员或吊车进行相应处理，方便现场安全管理。

4 结束语

基于红外对射、无线传输技术设计了变电站高处作业安全围栏系统，具备监测人员或吊车越线、大功率警铃报警等功能，同时可通过APP将告警信息推送至负责人、监护人，实现变电站高处作业过程中只要监测到越线，系统将自动报警，及时提醒运维人员，起到实时监视的作用，保证检修人员及设备的安全。未来当系统接入数字化平台后，可以根据需求增加新的功能，如当检修人员或高处作业车突破安全距离时，可以通过数字平台联动大型机械兜臂动力开关，阻止其继续靠近带电设备，进而保证检修人员、工器具和设备的安全。