一种高压场地作业空间智能安全防护装置

［摘 要］变电站高压场地作业安全问题不容忽视。文章基于场地作业安全布防现状，研究一款新型智能安全防护装置。该装置应用智能识别及物联网技术，通过摄像组，在高压工作场地形成电子防护围栏，实时检测工作人员不安全工作行为，并发出告警信号。依托移动客户端小程序，可根据现场工作时况灵活设置监控范围及告警参数。应用表明，该装置可有效解决高压场地作业布防、撤防复杂的现状。

［关键词］变电站；高压场地；智能安全防护；物联网技术

［中图分类号］TM75 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）03–0053–03

1 问题的提出与分析

变电站高压场地作业空间的安全需重点关注。电力系统高压场地开展扩建、改造及检修施工时，施工人员的安全风险系数较高。吊车或高空作业车等大型机械存在视野盲区，大型机械设备在高压场地空间作业发生各种临近放电、设备误触等事故屡见不鲜，影响电力系统稳定性，造成不良影响。

目前对吊车或高空作业车等大型机械在高压场地施工的安全风险管控，主要采取安全遮拦、现场人员监护和远程视频监控等手段。通过管理手段，虽然可抑制事故的发生，但依然无法达到理想的安全水平。

在高压场地，传统检测方法一般是设置实体围栏，这种传统的安全措施可能无法满足高压场地作业空间的特殊需求。无法对高电场地作业人员提供有效防护。此外，高压场地作业空间的场地电压源的布置通常相对复杂，受设备运行方式和室内条件影响较大。

基于以上问题，文章研究一款新型智能安全防护装置。该装置可有效解决高压场地作业布防、撤防复杂的现状。

2 智能安全防护装置的研制原理

2.1 模型组成

如图1 所示，装置由异物入侵检测模块、激光声波双重动态距离检测模块装置、网络接口模块、小程序客户端、后台中枢管理系统、现场报警设备，可复用电池电源模组系统等7 部分组成。

（1）异物入侵检测模块。用于特定区域监视，其基于图像识别技术，实时监测工作所属区域的异物越界情况。当监测到所属区域有入侵行为则发出报警信号，并通过通信模块将告警信号发送到网络接口模块。通过多组不同视角、不同方位的摄像头（图2）相互配合，构成电子围栏，并结合数字孪生技术，形成区域大屏监控，实现对工作所属区域进行智能监控。

（2）激光声波双重动态距离检测模块。激光声波双重动态距离检测模块如图3 所示，安装在吊车的吊臂上，用于测量高电压设施与吊车、吊臂之间的距离。该模块包括数据交换中心系统，可实时读取所测距离信号。并发送至报警信号给网络接口模块，当距离小于安全值时，将发出告警信号，该告警信号由网络接口模块发送给现场报警设备发出声光报警。

（3）后台中枢管理系统。具备接口管理、参数管理、用户管理、信息管理等功能。注册用户登录后，根据不同权限等级，可查看设备工作情况，以及设备告警信息等，也可以对设备的布防状态进行设置。

（4）小程序客户端。移动客户端可通过微信小程序连接异物入侵检测模块和激光声波双重动态距离检测模块。工作人员可根据现场工作环境设置相应电子围栏参数，同时可监测和查看装置的基础信息和人工作状态。

2.2 f8df40f0efaf6c524dc501a71300297e工作原理

异物入侵检测模块设置有多个摄像头组（一般设置4 组及以上）和第一数据交换中心系统（异物入侵检测模块和动态激光声波双重动态距离检测模块均含有数据交换中心模块，分别用第一数据交换中心系统和第二数据交换中心系统将两者区分）。根据现场工况，摄像头组分别设置在高压电场作业空间的不同区域，多组摄像头相互配合构成监控围栏。摄像头产生报警信号的条件是：有设定大小异物或人接触、经过、跨越监控区域。

当监控区域的摄像头检测到大型机械的吊臂、勾爪等可活动器械在行进时越过规定距离监控界面，或者检测过程场地作业人员违规接触高压设备时，摄像头生成报警信号并通过通信模块发送至网络接口模块，报警信号通过网络接口模块传至现场的现场报警设备，现场报警设备为户外声光报警器。网络接口模块包含无线高射频通讯模块和网络进出口模块。

激光声波双重动态距离检测模块安装在大型机械的吊臂上，其关联第二数据交换中心系统，可设置4m、8m 及10m 3 种安全距离参数。该模块主要功能是测量障碍物与吊臂之间的距离，当所测距离小于安全距离参数时，将发出告警信号，该信号通过对应的无线高射频通讯模块传输至网络接口模块，并进而发送给现场报警设备发出报警产生声光报警。第二数据交换中心模块支持蓝牙接口，通过手机小程序可以进行布防、查询等操作。

激光声波双重动态距离检测模块装置报警条件如下。

（1）当激光声波双重动态距离检测模块装置监测到障碍物与吊臂的距离D 满足2 m ＜ D ≤ 4 m 时，第二数据交换中心模块产生一级警告信号。

（2）当激光声波双重动态距离检测模块装置监测到障碍物与吊臂的距离D 满足1 m ＜ D ≤ 2 m 时，第二数据交换中心模块产生二级警告信号。

（3）当激光声波双重动态距离检测模块装置监测到障碍物与吊臂的距离D 满足D ≤ 1 m 时，第二数据交换中心模块产生三级警告信号。

可复用电池电源模组采用220 V 交流转12 V 直流方式，并提供2 000 A 的大容量电能存储能力。当外部电源供电出现故障时，将自动切换到备份的电池电源模组。可为网络接口模块和摄像头提供24 h 工作电源，在电源耗尽后可再次充电。

摄像头使用了支持区域入侵检测智能算法以及支持告警输出的摄像头。布防时，将摄像头对准需要被保护的区域并设置物体入侵检测范围，设置告警联动，当产生告警时告警接口高低电平输出发生变化，进而发送告警信息，检测和上报告警在0.3 s 内完成。告警通过物理接口通知外置的数据交换中心模块，该模块将告警上报到网络接口模块，网络接口模块触发现场警报设备，整个过程在1 s 内完成。网络接口模块并将此次告警送到后台中枢管理系统，并在服务器进行记录存档，可作为将来事件回溯的参考依据。

2.3 技术创新点

（1）通过多组摄像头不同作业区域的设置和不同角度设置，形成多个竖直警示平面，由多个警示平面相互配合构成职能监控电子围栏并能发出告警，实现全方位、数字化、在线化、智能化现场监测，不仅现场人员能够即时了解作业现场环境，远程人员也可通过远程监控和报警实时掌握作业现场情况，有效保证了人身及设备安全。

（2）通过超声波布防检测障碍物距离和智能锁实时报警，完全改善了现场点及创新作业监督的灵敏性、实时性和安全性。

（3）通过安全距离和越界检测双重化配置，实现对施工现场实施连续、不间断的监控，对危险行为及时智能提醒，安全性大幅提升。

（4）采用人工智能、物联网技术及三制式网关，使报警及防护功能更快、更智能、更规范、更安全。

（5）后台提供整套系统管理能力，可以项目为单位进行安措设备的管理，可进行告警管理，可进行设备管理。

（6）该系统操作日志在服务器进行记录存档，可作为将来事件回溯的参考依据。

3 结束语

高压场地作业空间智能安全防护装置是基于先进的技术和智能化功能的一种安全保护装置。通过智能感知和监测、智能预警和报警以及结合机器学习与大数据等技术，该装置有效解决了由于变电站电气设备空间结构复杂、空间布置紧凑，变电站施工作业区域电场分布复杂多变，作业人员施工过程中误碰带电设备的问题，保护了工人在高压场地作业空间中的安全，这种装置的应用将为工业领域的安全管理带来重要的进步，提高工作场所的安全性和生产效率。

参考文献

[1] 李志强，喇元，刘旭，等. 南网设备领域智能技术应用推进探析[J]. 电力设备管理，2018（1）：37-41.

[2] 林雄锋，李新海，邱天怡，等. 基于智能视频识别技术的变电站安全监控系统研究[J]. 广西电力，2020，43（5）51-57.