設(shè)備狀態(tài)智能感應(yīng)語(yǔ)音播報(bào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文/魏亞瑟 胡香 耿照江 王思謹(jǐn)

1 引言

變電站設(shè)備目前存在運(yùn)行、熱備用、冷備用、開(kāi)關(guān)檢修、線路檢修、開(kāi)關(guān)及線路檢修等多種設(shè)備狀態(tài)，而設(shè)備狀態(tài)和多種開(kāi)關(guān)狀態(tài)相關(guān)。例如，當(dāng)設(shè)備處于冷備用狀態(tài)時(shí),隔離開(kāi)關(guān)和斷路器均在分閘位置,隔離開(kāi)關(guān)和斷路器閉合時(shí),設(shè)備切換到運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備處于檢修狀態(tài)時(shí),隔離開(kāi)關(guān)和斷路器位于分閘位置。因此，通過(guò)對(duì)相應(yīng)開(kāi)關(guān)(刀閘)狀態(tài)的檢測(cè)，可以獲取當(dāng)前變電站設(shè)備的狀態(tài)。

變電檢修工作人員在實(shí)際工作中需要打開(kāi)工作間隔對(duì)應(yīng)的圍欄，方可進(jìn)入并開(kāi)展相關(guān)工作。近些年，變電站工作時(shí)由于人員誤入帶電間隔導(dǎo)致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。如在熱備用狀態(tài)，線路出線斷路器處于斷開(kāi)位置，兩側(cè)隔離閘刀仍然閉合。在熱備用狀態(tài)下，線路上不允許進(jìn)行常規(guī)檢修作業(yè)，這是由于線路隨時(shí)可能恢復(fù)送電，如進(jìn)行常規(guī)檢修作業(yè)，將有很大的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《安規(guī)》要求，判斷設(shè)備位置需要檢查設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，若無(wú)法直接看到實(shí)際位置，需要至少兩個(gè)非同樣原理或非同源的指示均顯示設(shè)備確在該位置才能判斷設(shè)備的實(shí)際位置。近些年，工作人員在變電站工作時(shí)，有可能無(wú)意中跨過(guò)帶電設(shè)備遮攔，誤入帶電間隔進(jìn)行工作，導(dǎo)致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。如何杜絕此類(lèi)事故發(fā)生，是一個(gè)比較重要的研究課題。

因此，本文擬開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠智能感應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的裝置，通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)而確定設(shè)備狀態(tài)。該設(shè)備擬安裝在帶電設(shè)備圍欄開(kāi)口處，感應(yīng)到工作人員靠近，即用語(yǔ)音播報(bào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)工作人員起到了警示作用。

2 技術(shù)方案

該裝置可分為兩部分。如圖1所示，分為開(kāi)關(guān)狀態(tài)感知模塊、人體感應(yīng)模塊和語(yǔ)音播放模塊。開(kāi)關(guān)狀態(tài)感知模塊接入端子箱，借由接入間隔內(nèi)設(shè)備的不同電氣量來(lái)判斷間隔的狀態(tài)，再將相應(yīng)信息傳到主控芯片。人體感應(yīng)模塊和語(yǔ)音播放模塊放置于帶電間隔的出入口處，在感應(yīng)到人員時(shí)播放出相應(yīng)信息。

2.1 變電站開(kāi)關(guān)狀態(tài)自動(dòng)感知

本發(fā)明能夠檢測(cè)六組選擇開(kāi)關(guān)的撥檔組合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、熱備用、冷備用、開(kāi)關(guān)檢修、線路檢修、開(kāi)關(guān)及線路檢修等多種設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)感知。

所依據(jù)的原理是：開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化（如開(kāi)和關(guān)）后，電網(wǎng)潮流分布發(fā)生了變化，因此根據(jù)電網(wǎng)中的電壓、電流和功率等物理量，可推導(dǎo)出開(kāi)關(guān)的不同撥擋組合。具體實(shí)現(xiàn)中，在每個(gè)開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)離母線側(cè)方向處，増加感應(yīng)器，并建立“開(kāi)關(guān)狀態(tài)-電流”計(jì)算模型：

（1）根據(jù)開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)，將電網(wǎng)物理模型轉(zhuǎn)為等效電路模型，并統(tǒng)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的電源和負(fù)荷功率，設(shè)置好初始條件；

（2）根據(jù)等效電路，形成節(jié)點(diǎn)電壓方程，求得節(jié)點(diǎn)電壓，再計(jì)算支路功率和電流；

（3）根據(jù)電流和電壓互感器在電網(wǎng)物理模型中的配置地點(diǎn)，從支路功率和電流，求出電流和功率量測(cè)值，建立關(guān)聯(lián)。

2.2 帶電間隔人體靠近檢測(cè)

該設(shè)備采用微波雷達(dá)人體感應(yīng)傳感器，如圖2(a)所示，能夠檢測(cè)并準(zhǔn)確判斷人體，只有當(dāng)某種近人大小且有在體溫相近的溫度物體接近出入口附近的指定區(qū)域時(shí)，才可觸發(fā)感應(yīng)器播報(bào)。并解決誤觸發(fā)、多重觸發(fā)問(wèn)題。

主控芯片采用STC8F2K08S2單片機(jī)，如圖2(b)所示，尺寸小，僅為長(zhǎng)72mmX寬63mmX高18mm。外圍電路非常簡(jiǎn)單，有兩個(gè)硬件串口。但其內(nèi)部RAM擴(kuò)展到了2K字節(jié),內(nèi)部時(shí)鐘頻率可達(dá)27MHz，適用于本文的應(yīng)用環(huán)境，即接口需求小但RAM需求高。

該設(shè)備擬安裝在帶電設(shè)備圍欄開(kāi)口處，以便感應(yīng)到工作人員靠近，如圖3所示。

2.3 智能語(yǔ)音報(bào)警

在感應(yīng)器感應(yīng)到人員接近時(shí)，該模塊迅速以標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音和合適音量將當(dāng)前間隔的名稱(chēng)、編號(hào)、狀態(tài)等因素播放出來(lái)。

語(yǔ)音播報(bào)電路由語(yǔ)音芯片、一個(gè)播放器和外圍電路搭建而成。語(yǔ)音控制芯片采用JQ8900芯片，支持MP3、WAV硬件解碼，支持FAT文件系統(tǒng)。內(nèi)部采用DSP硬件解碼，支持90dB，信比為85dB。支持7種播放模式控制，可通過(guò)程序設(shè)定，修改不同設(shè)定，如該播放的語(yǔ)音、音量大小、語(yǔ)速等等。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際工作中，應(yīng)用到國(guó)網(wǎng)奉化供電西塢供電所進(jìn)行變電所巡查，在工作人員靠近安裝在戶(hù)外設(shè)備間隔圍欄時(shí)，安裝在圍欄開(kāi)口處的設(shè)備狀態(tài)智能感應(yīng)語(yǔ)音播報(bào)器，根據(jù)運(yùn)行特性和設(shè)備情況，播報(bào)狀態(tài)為“熱備用狀態(tài)”。工作人員聽(tīng)到智能播報(bào)，即停止進(jìn)入帶電隔間，避免了由此導(dǎo)致的事故或者人員傷亡事件，保障了電力工人的安全工作。

圖1：設(shè)備技術(shù)架構(gòu)圖

圖2

圖3：設(shè)備安裝位置示意圖

進(jìn)行慈溪變電所巡查過(guò)程中，在靠近安裝在戶(hù)外設(shè)備間隔圍欄時(shí)，安裝在圍欄開(kāi)口處的設(shè)備狀態(tài)智能感應(yīng)語(yǔ)音播報(bào)器，根據(jù)運(yùn)行特性和設(shè)備情況，播報(bào)狀態(tài)為“維修狀態(tài)”。檢修狀態(tài)是指線路出線斷路器及其兩側(cè)隔離閘刀同時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，斷路器兩側(cè)(動(dòng)靜觸頭)均無(wú)電壓，且線路一側(cè)通過(guò)接地刀閘或三相短路接地線與大地連通的狀態(tài)。在線路施工中，常常是工作點(diǎn)兩側(cè)懸掛三相短路接地線。在該狀態(tài)下，工作點(diǎn)兩端掛設(shè)有接地線,使用第一、第二種工作票及相對(duì)應(yīng)的安全措施即可保證施工中的安全操作。

4 結(jié)論

近些年，變電站工作人員誤入帶電間隔導(dǎo)致觸電、設(shè)備被迫停電的事故常有發(fā)生。《電力安全工作規(guī)程》第1.8條規(guī)定:“所謂運(yùn)用中的電氣設(shè)備,系指全部帶有電壓、一部分帶有電壓或一經(jīng)操作即帶有電壓的電氣設(shè)備”。因此，如何防止此類(lèi)事故發(fā)生，是一個(gè)比較關(guān)鍵的研究課題。

本文提出了一種變電站設(shè)備狀態(tài)的智能感應(yīng)語(yǔ)音播報(bào)器，以提醒工作人員不要在帶電階段進(jìn)入限定區(qū)域。同時(shí)通報(bào)變電站設(shè)備的狀態(tài)，不需要跨越遮攔進(jìn)行核對(duì)。該方案安裝簡(jiǎn)單而有效，可推廣到各處變電站，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。