基于人性化操作的屏柜警示装置设计

2024-05-18王育松聂德志纪松旭吴晓露王黎锭

电气技术与经济 2024年3期

王育松聂德志纪松旭吴晓露王黎锭

（广东电网有限责任公司潮州供电局）

0 引言

多数电厂或开关站配电装置的带电部分隔离使用简单的金属网门加挂机械锁模式，工作人员在繁忙的工作状态中可能会出现走错间隔的情况［1］。现有技术中的报警设备也无法对走错人员给予提示，安全隐患较大。在此背景下，研究一种开关屏柜状态警示装置具有必要性，利用其自动播报功能进行开关屏柜工作状态语音提醒，可避免作业人员误入间隔。

1 作业人员误入带电间隔原因

电力作业人员误入带电间隔原因总结有两种，分别为人为因素和设备因素［2］。

人为因素：当需要检修某个间隔，就要对其断电，其它间隔不断电。但是，由于在工作中作业人员安全责任心不强，思想及注意力分散且在操作或工作中监护不到位，未严格按照安全技术规范进行操作或工作，总是容易走进相邻的带着电的间隔，这样就会发生触电事故。

设备因素：设备标示不清、无可靠闭锁、无安全警示及可靠的隔离措施。目前开关屏柜过于相似且多，且没有相关提示，操作人员在重新返回对应间隔时需要确定间隔具体位置，存在走错开关屏柜的安全隐患，一旦走错带电间隔，后果不堪设想。

基于此，为了保证工作人员能在离开工作范围后，重新返回工作间隔时能快速准确地确定间隔名称及间隔状态，本文研制了一种屏柜状态警示装置，即便操作人员临时离开工作位置，回来时也能听到语音播报且亮灯提示，防止其走错间隔。不但提高了工作效率，降低工作失误率，同时该装置安装使用简单方便，能很好地推广使用。

2 基于人性化操作的屏柜警示装置构成

本项目研制的接近保护屏柜自动播报间隔装置，采用红外传感器技术，结合时间参数设定，进行实时的语音播报。显示灯屏主要由MCU主控电路、显示电路、声音报警电路、复位电路、485通信电路、键盘电路等组成。键盘电路主要有测试键、消音键和确认键，按键安装在灯屏面板上，测试键用于灯屏自检，消音键是当工作人员听到声音报警时，查看报警位置，按消音键使声音报警停止，按确认键排除故障。灯屏可根据不同程序设定多种显示方式，装置背面设有强力磁贴，能稳固地固定在保护柜间隔上方（也可以根据实际情况多种方案固定）［3］。在设置完成并安装本装置后，当操作人员暂时离开间隔并重新返回时，可在间隔前短暂停留几秒钟，如果是在该间隔工作，装置则会自动语音播报并亮灯提醒。短暂停留的目的是为了避免有人经过就提醒，并且该装置可设置间歇性播放，如3min或5min播放一次警示语，并亮灯提醒，可避免由于长时间播报使操作人员分心而导致工作失误等。主控室内配有报警器、语音播放器，保护屏柜内设有红外线传感器和门框压力传感器，主控室语音播放器可以与保护室语音播放器相连接。运维检修人员在巡检前先于语音播报系统确定需要巡视的保护屏柜，一旦运维检修人员误入其他间隔系统，装置可以对其进行及时制止，防止因误碰、误动运行设备而引发事故。

3 开关屏柜警示装置的红外探测原理

基于人性化操作考虑的开关屏柜警示装置主要采用红外探测原理，红外探测的背后是红外热成像技术的成熟运用。在量子力学的理论体系中，任何物体在常温下都会因自身的分子和原子无规则的运动，产生热能。运动愈剧烈的分子和原子，其对外辐射出的能量就愈大；反之，其辐射的能量就愈小［4］。红外热成像技术最早是应用于军事和科学探索领域，理论上认为，只要温度高于绝对零度（－273℃）的物体，都会辐射出红外线，工程师就利用这一特性，将物体发热部位产生的辐射功率信号通过光电红外探测器转换成电信号，最终形成物体相对应的热像图。目前电力开关屏柜种类繁多，分布范围广，设备的运行状态检修压力较大，引入红外成像技术用于电力设备运行状态探测具有积极意义。红外成像根据设备热状态分布情况判断设备运行状态，给出诊断建议。红外成像具有不停运、不接触、远距离、直观对设备热状态进行成像的优势，可真实再现设备运行状态及其温度分布情况，帮助工作人员诊断设备状态，明确设备隐患缺陷。目前，在人工智能技术的辅助下，红外热成像技术应用更为成熟与广泛，特别是应用于开关屏柜警示装置设计，借助红外探测技术给出的准确反馈，使得电力检修在不停电的情况下变得自动高效。

4 基于人性化操作的屏柜警示装置功能设定

基于人性化操作的屏柜警示装置是针对电气操作人员，在实际操作过程中，为了避免事故的发生，有针对性地进行操作演练，防止带负荷分／合隔离开关，防止误分／误合断路器，防止接地开关处于闭合状态时，分合断路器、负荷开关，防止在带电时误合接地开关，防止误入带电室。在操作演练过程中，错误操作时会有声光提示，让操作人员能更直观、简洁、方便地知道错误发生的位置／步骤，及时纠正，该装置主要有四大功能设定［5］。

4.1 温湿度控制单元

该单元是针对各种电气开关柜内部自动化控温、除湿而设计开发的一种自动化仪表，对温度过高、过低引起的各种元件使用寿命缩短或由于湿度过高而引起的爬电、闪络事故等各种故障能有效地监测和预防。装置实时检测环境的温湿度，自动启动和停止柜内加热器，以调节环境温湿度，且具备判断检测加热器回路断线报警功能。

4.2 高压带电显示单元

该单元适用于额定电压为3～35kV、额定频率为50Hz的系统上，可与各类高低压开关柜配套，也可以直接与隔离开关、接地开关配套，组成具有带电显示装置功能的组合式高压元件。高压带电显示单元既能反映回路带电状况，又可与电磁锁配合，实现强制闭锁开关手柄、阀门等，还可将三相带电的情况通讯给后台主机，增强了其智能化和自动化程度。带电显示与强制闭锁回路受同一高压信号控制，但电路系统又相互独立，互不干扰。在高压A、B、C三相均无运行电压时，闭锁部分才解锁；当A、B、C三相任意一相有运行电压时，闭锁部分都会可靠闭锁。

4.3 语音播报提示单元

基于人性化操作的屏柜警示装置主控室内有主控室报警器、语音播话器，保护室内则设有红外线传感器、门框压力传感器、逻辑处理器。上述传感器、播话器、处理器有效连接。当红外线传感器感应到运维检修人员打开保护屏柜柜门时，及时发出信号输送到逻辑处理器中，逻辑处理器输入端加以运算。此时，安装于保护屏柜柜门把手上的压力传感器接收到信息并给出反馈指令，一旦运维检修人员碰触柜门把手，感应信号迅速反馈到逻辑处理器输入端加以运算，并及时与语音播报系统中需要巡视的保护柜对比。如果对比一致，逻辑处理器输出端不传送启动指令；如果对比不一致，逻辑处理器传送启动指令，并启动主控室的报警器和室内报警器。通过报警提示运维人员及时停止操作，这种语音提示系统运行简单，使用方便，运维人员在巡检前只需要在语音播报系统中确定需要巡视的保护屏柜。一旦运维检修人员走错间隔，系统自动发出提示并制止其行为，可避免因误碰误动运行设备而引发事故，同时督促运维检修人员规范操作。

4.4 智能操控及模拟显示单元

该单元适用于中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜，能够完全取代现有的一次回路模拟图、断路器分合闸状态指示、接地开关指示及弹簧储能指示等。除可显示开关分合状态外，还可判断开关小车是否处于试验位置或工作位置，并进行显示。

5 基于人性化操作的屏柜警示装置应用效益

某供电局为防止作业人员误入间隔，研发并推广基于人性化操作的屏柜警示装置。在开关屏柜侧面定制机组号码，多角度、多方位防止作业人员走错间隔。当作业人员进入间隔，屏柜警示装置发出声光控制指令，信号控制中心识别需要进行操作的开关屏柜。信号终端获取声光控制指令后，发出指示灯亮的指令，并给出语音信号。当工作人员打开开关屏柜门后，信号终端控制扬声器给出相应的语音信号。如某某开关柜允许／禁止操作，开关屏柜顶部的指示灯发出红色信号，提醒作业人员此为非操作间隔，如果发出绿色信号，表示该间隔为待操作间隔，通过智能提示、语音播报，防止作业人员走错间隔。在运维结束后，所有开关屏柜转变为禁止操作状态。基于人性化操作的屏柜警示装置借助红绿灯光、语音播报使得运维人员能快速识别间隔，提高操作的规范性与安全性。

开关柜智能操控装置JZY-KG功能强大，用于3～35kV户内开关柜，适用于中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜，可取代传统开关柜的一次回路模拟、带电显示器、自动加热除湿控制器、断路器分合闸按钮等元件，具备了断路器分合闸状态指示、储能指示、接地开关指示、手车位置指示、智能语言防误提示等功能。开关柜智能操显装置是针对目前中压系统开关技术发展而开发设计的一种多功能智能化开关模拟综合动态指示装置，主要应用于电压等级为0.1～40.5kV的各种户内开关柜。产品集中指示一次回路模拟状态、手车位置、隔离刀位置、接地刀位置、开关状态、操作机构储能状态；带有高压带电指示、带电闭锁输出、自动加热除湿、实时数字显示温湿度值及加热器故障监测、超高温报警并强制停止加热、智能语音防误提示、红外人体感应、柜内电气接点在线测温、RS485通信接口等多种功能，简化了开关柜面板设计，美化了部局，完善了开关状态指示功能和安全性能。该装置能监控电气设备运行状态、保障变电设备的可靠运行，分析并改进电能质量参数，确保电能质量满足用电设备安全需求。通过数据分析设备参数，优化电气资产配置，支持本地化及云化部署，具有灵活可扩展的系统架构，支持多用户访问，使用户数据安全隔离。