基于無線定位技術的變電站內安全管控裝置設計

呂鵬超 孫研

摘要：由于當前對于變電站運行現場的管控效果不佳，導致安全問題頻發。為此，提出基于無線定位技術的變電站內安全管控裝置設計。設計了無線定位傳感器元件，實現對環境內信息的及時采集，通過分析問題位置定位與人員位置定位之間的關系，以就近原則實施報警。測試結果表明，設計裝置對安全問題的發現和處理時間分別在12.36s和175.36s以內，具有較好的應用效果。

關鍵詞：無線定位技術;變電站;安全管控裝置;無線定位傳感器;就近原則;報警

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0引言

變電運行專業的現場安全管控中，如何提高對作業人員行為的管控和對作業工具使用的管控一直是運行人員和安全監督人員關心的問題[1]。近年來變電站內安全事故頻發，因為作業人員超范圍開展作業、誤入帶電部位導致的人身事故屢有發生，而因為不規范的管理、使用安全工具、接地線等導致的人身、電網事故事件也不少見[2]，如何在變電站范圍內實時有效跟蹤作業人員、工器具的活動和使用情況，實現針對性管控的需求在變電專業日漸強烈起來[3]。

基于此，本文搭建了基于無線傳感定位技術的變電站內安全管控裝置，以實現對變電站現場作業人員、工器具的實時有效跟蹤管控和提醒警示功能。

1無線定位傳感器元件設計

為了實現對變電站內安全信息的全面管控，精準有效的信息獲取元件是必不可少的[4]。為此，本文設計了一種空心式單圈無線傳感器作為安全管控信息獲取元件。其作為一種高精度的位置傳感器，能夠實現位置和信息的統一化管理。

1.1基本參數設計

為了方便安裝使用，設計元件外形以小巧為主要特征，外徑僅為52mm，內徑為8.0mm，其中空式本體與法蘭同步，外殼使用的材質為硬鋁合金，并對其表面進行噴砂氧化處理，以此增加其對環境腐蝕等作用的防御能力，提高使用壽命。轉軸的形式為同心軸通孔，利用鍵槽實現連接，將1m長的黑色8芯屏蔽電纜作為裝置的出線。在安裝過程中，通過其本體自帶的螺絲緊固即可實現固定。作為一種絕對式中空傳感器，其定位精度可以達到±0.005%，對位角度信息的采集范圍為0～360°。自帶的專業傳感器編碼器可以按照實際施工環境的需求定制個性化的解決方案，通過將采集數據的分辨率控制在15bit / 16bit范圍內，確保數據的價值。對于通信接口的設計，充分考慮到變電站原有監控環境的基礎條件，設置RSZ20A、RSZ22A、RSZ25A、CAN 4種，同時添加了以開關量為控制目標的調節裝置。額定工作電壓為3.6V-12.0V，不會對運行環境提出過高要求，因此在更大范圍內具有較高的適用性。設置傳感器的最高轉速為1000r/min以此滿足復雜變電站環境的安全管控需求。裝置的自防護等級為IP65，在-40℃～+50℃的溫度條件下均可以實現穩定運行。

1.2技術參數設計

為了確保無線傳感器的出線性能夠保持持續穩定的狀態，采用自主“磁陣列檢測”技術對其進行加持，并將輸出的絕對位置信息以即讀即用的方式進行表示，對于采集數據中的誤差，采用無累積計量方式傳導?？紤]到實際使用過程中出現的磨損可能會導致傳感器的使用壽命降低，因此采用串行通信的方式實現非接觸式數據采集，在多種通信協議的支持下，對于各種上位機設備的連接都可以實現自主對位。對傳感器進行零位可設定處理，在使用初期，無需額外進行找零。對于開關輸出信號的傳導，利用2路可編程配置實現，當傳感器的行程限位和安全受到攻擊時，可以通過建立與后臺主機之間的聯動關系，對訪問攻擊對象的電子身份進行識別，并將識別結果反饋至巡維中心，實現遠程管控。

2安全管控裝置運行機制設計

將上述設計的無線定位傳感器與無線信號發射接入點連接，采用通信模塊實現采集數據的傳輸，同時，將無線信號接收接入點與無線交換機建立串聯關系。在傳感器與變電站作業區入口處，采集人員進出信息;當進行巡檢裝置開始運行后，傳感器自動采集工作區域的巡檢畫面，并通過無線交換機傳輸至管控中心。安全管控分析服務器對采集的信息進行分析，當分析結果為存在異常時，以信息定位位置為中心，向距離其最近的工作人員發出結果報警信息。其中，報警信息包括異常信息位置，類型以及問題處理備選方案。通過這樣的方式實現對安全問題的及時管控。其運作流程如圖1所示。

按照圖1所示的方式，實現對變電站內安全問題的及時管控。

3應用測試

在某變電站內對本文設計的安全管控裝置應用效果進行分析測試。已知該變電站為復合型變電站，既包含傳統的火力發電方式，又有以風力為基礎的風力發電裝置，供電范圍為周圍2.5km2。由于在設計初期對于間隔層設備之間的調試驗收缺乏專業性，對于變電站內安全問題和相關缺陷的效率和解決速度都不理想，對于故障問題位置的排查難度也相對較高。以此為基礎，將本文設計的管控裝置應用在該環境中，測試其作用效果。

3.1測試結果

在上述基礎上，統計了本文設計裝置對測試環境內安全問題的定位和處理效率。

從表1中可以看出，本文設計的管控裝置可以實現對變電站內安全問題的及時發現，耗時在13.0s以內，不僅如此，對于問題的解決也提高同樣具有較高的效率，均可以在180.0s內恢復系統的在正常運行，特別是對閥門異常問題的處理，耗時僅為96.25s。表明本文設計的裝置具有良好的實際應用效果。

4結束語

本文研究通過搭建基于無線定位技術的變電站內安全管控裝置，解決了變電站現場安全管控中不能對人員和工器具實時跟蹤管理的問題，進而降低了現場作業人員超范圍開展作業、誤入帶電部位導致的人身事故的風險，同時也在一定程度上解決了變電站現場工器具使用和管理的諸多問題，為未來5G時代的智能電網、電力物聯網技術的現場應用進行了嘗試性探索。

參考文獻

[1]郭威， 栗曉政， 陳世海. 基于智能機器人實現無人值守作業現場安全管控應用[J]. 大眾用電， 2021， 36（07）： 54-56.

[2]張斌， 何勇軍， 程劍， 等. 基于UWB和視覺信息的吊裝作業安全管控系統[J]. 儀表技術與傳感器， 2021（10）： 98-102+114.

[3]張歷， 辛明勇， 高吉普， 等. 智能變電站配置文件安全管控技術研究和實現[J]. 電力大數據， 2021， 24（08）： 76-82.

[4]巫聰云， 劉斌， 沈梓正， 等. 二次設備集中安防運維及主動感知和診斷預警關鍵技術的研究[J]. 南方能源建設， 2021， 8（04）： 85-94.