CN102521944B - 一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备预警技术领域，公开一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统，所述方法通过检测高压带电设备周围电场信号的强弱实时发出预警信息，所述系统包括:信号检测模块、接收控制模块，所述信号检测模块通过无线通讯网与接收控制模块相连，接收控制模块通过数据线与人机操作界面的智能控制系统相连。本发明能够使机械的安全防护变为一种能够可视、可知的智能警示防护系统。能够将人为的安全监督与技术监督经过数字化信息处理，使防范与控制融合为一体，达到人员和设备在作业时的闭环管控，从而进一步规范了人员的作业行为和设备的操作程序，进一步发挥“人员预控与技术防范相互统一”的有效预防作用。

Description

一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统

【技术领域】

本发明涉及电力设备预警技术领域，尤其涉及一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统。

【背景技术】

目前，电网建设的快速发展引起了相关设备更新换代的加速，随着高压设备（供电线路）的增加和电力设施技术改造力度加大，对于如何保障电力设备安全运行的难度也相应的加大。由于城乡基本建设的发展，临近高压供电设施周边的基建施工所诱发的电力事故频频发生。起吊作业、违章建房、线下打井、移动超高设备等作业，都存在着非接触带电设备而引起的设备故障从而发生跳闸酿成电网事故等。在高压电力设施周边和电力线路下方进行工作时，很多工作人员漠视安全、设备存在不足、违章作业和野蛮施工就会导致带电导线对设备非接触放电从而引起跳闸，构成了发生电力事故的重大隐患，这些事故隐患存在着时间、地点、人员的不固定性，使我们对于判断事故地点、确诊事故性质以及事故快速处理更为艰难，甚至使事故范围扩大。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统，能够从事故的根源上进行有效的预控，解决背景技术中存在的问题，杜绝和减少事故，即能够在作业人员与设备靠近带电线路时发出声光报警，警示作业人员引起高度重视，并提醒保持必要的安全距离，按照安全工作规程操作。提高作业人员和作业设备的安全性也避免了事故的发生。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下：

一种高压电力设备非接触智能预警系统，包括: 信号检测模块、接收控制模块，所述信号检测模块通过无线通讯网与接收控制模块相连，接收控制模块通过数据线与人机操作界面的智能控制系统相连；

一种高压电力设备非接触智能预警系统，所述信号检测模块由电场信号检测分析模块、中心微控制器、资料存储模块、通讯模块和电源构成，所述电场信号检测分析模块一端通过滤波及信号处理模块与感应天线相连；电场信号检测分析模块另一端通过中心微控制器与通讯模块相连，所述通讯模块通过导线与2.4G收发天线相连；所述中心微控制器通过数据线与资料存储模块相连；所述电源为信号检测模块工作的电源由备用电池、线路电源和电源管理模块构成。

一种高压电力设备非接触智能预警系统，电场信号检测分析模块为前端电场信号数据采集芯片ASIC，具有检测电压等级为10KV、35KV、 110KV、220KV场强的电路，功耗电压1.2V，电流10uA。

一种高压电力设备非接触智能预警系统，无线通讯网为全双工数字通讯1-2MBIT/S，或移动通讯2G、3G、4G 无线通讯网。

一种高压电力设备非接触智能预警系统，所述通讯模块为传输功率可调的双向通信频率，频宽为2.4G，覆盖距离为100M-1000M；通信协议的数据包结构，有ID识别号、命令字、包长度、检验字结构；

一种高压电力设备非接触智能预警系统，所述通讯模块具有6个信道的CRC校验，通讯模块具有设定错误自动重发功能模块，重发功能模块具有重发次数设定，6个信道具有选择接受单一的地址信息，通信速率设定为1M-2MBit/S。

一种高压电力设备非接触智能预警系统，所述接收控制模块由预警模块、人机操作界面屏、中心微控制器、通讯模块和电源构成，所述中心微控制器一数据端通过通讯模块与2.4G收发天线相连；所述中心微控制器另一数据端通过数据线分别与人机操作界面屏、预警模块相连；所述电源为接收控制模块工作的电源由备用电池、线路电源和电源管理模块构成。

一种高压电力设备非接触智能预警系统，所述预警模块具有发布电压等级为10KV最小安全距离0.70M报警距离0.7M -1.0M的数据信息和语音信息的芯片，或电压等级为35KV最小安全距离1.00M报警距离1.0M- 1.2M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为110KV最小安全距离1.50M报警距离1.5M- 1.8M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为220KV最小安全距离3.00M报警距离3.0M- 3.5M的数据信息和语音信息的芯片。

一种高压电力设备非接触智能预警的方法，通过检测高压带电设备周围电场信号的强弱实时发出预警信息，其步骤如下;

1）、采用信号检测模块的感应天线，检测高压带电设备周围电场信号的强弱，

2）、检测到高压带电设备周围的电场信号通过滤波及信号处理模块输入至电场信号检测分析模块，

3）、经电场信号检测分析模块数字滤波预处理，检出检测电压等级为10KV，或35KV、 110KV、220KV场强的50HZ工频信号输入至中心微控制器，

4）、经中心微控制器结合资料存储模块存储的电压等级为10KV，或35KV、 110KV、220KV场强数据及距离数据分析处理，处理后的预警信息数据通过无线2.4G通讯模块，以数据包的方式发送到接收控制模块端；

5）、接收控制模块通过2.4G收发天线、无线2.4G通讯模块，将接收处理后的预警信息数据输入至中心微控制器，

6）、中心微控制器结合人机操作界面屏处理，将预警信息通过预警模块实时发出预警信息，提醒操作人员及时采取措施，保持的安全距离，避免事故的发生。

一种高压电力设备非接触智能预警的方法，所述信号检测模块的工作电源采用两路电源，由备用电池、线路电源通过电源管理模块进行切换。

一种高压电力设备非接触智能预警的方法，所述接收控制模块的工作电源采用两路电源，由备用电池、线路电源通过电源管理模块进行切换。

一种高压电力设备非接触智能预警的方法，所述信号检测模块发出的预警信号，通过接收控制模块控制相关设备而发生相互警示作用，实现一对多的灵活报警方式，使预警、预防、控制的技术手段，转变为作业的安全保障措施。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一种高压电力设备非接触智能预警的方法及预警系统，能够使机械的安全防护变为一种能够可视、可知的智能警示防护系统。它能够将人为的安全监督与技术监督经过数字化信息处理，使防范与控制融合为一体，达到人员和设备在作业时的闭环管控，从而进一步规范了人员的作业行为和设备的操作程序，进一步发挥“人员预控与技术防范相互统一”的有效预防作用。

本发明根据需求分析，进行产品概要设计，功能模块详细设计，人机界面设计，各硬件功能模块设计，元器件选型，PCB电路设计等各部分设计。所述预警系统采用结构化设计思路，模块以中央处理器为核心，各模块独立工作，又互相配合，模块的层次结构使得调用关系更加合理和准确。按照问题区域或者模块软件逐级细化，每个模块完成一定范围的功能，由一个或多个父模块功能，也有一个或多个子模块的功能，为电场信号的分析检测处理的快速响应提供了可靠性强、灵敏度高信号处理程序。

本发明采用数据传的方式达到1M-2MBit/S的双向通讯速率，使得检测端和接收端的双向通讯互通无阻，采用数据包的型式，可对实际通讯信息的内容加密、验证、纠错、地址核对等功能，可在极端条件下保证数据的正确性，解决设备之间互联互通的需求。系统的检测端全部采用防水设计，自带充电电路，结构紧凑，式样美观，高压电力设备非接触智能预警系统的可靠性及模块处理器的抗干扰能力都处于领先水平。能够达到人机界面的无缝链接，使得操作变得轻松方便。

【附图说明】

图1是本发明高压电力设备非接触智能预警系统的电路方框图；

图2是本发明信号检测模块的电路方框图；

图3是本发明接收控制模块的电路方框图；

【具体实施方式】

如图1、2、3所示，一种高压电力设备非接触智能预警系统，包括: 信号检测模块、接收控制模块，所述信号检测模块通过无线通讯网与接收控制模块相连，接收控制模块通过数据线与人机操作界面的智能控制系统相连；无线通讯网为全双工数字通讯1-2MBIT/S，或移动通讯2G、3G、4G 无线通讯网。

所述信号检测模块由电场信号检测分析模块、中心微控制器、资料存储模块、通讯模块和电源构成，所述电场信号检测分析模块一端通过滤波及信号处理模块与感应天线相连；电场信号检测分析模块另一端通过中心微控制器与通讯模块相连，所述通讯模块通过导线与2.4G收发天线相连；所述中心微控制器通过数据线与资料存储模块相连；所述电源为信号检测模块工作的电源由备用电池、线路电源和电源管理模块构成。电场信号检测分析模块为前端电场信号数据采集芯片ASIC，具有检测电压等级为10KV、35KV、 110KV、220KV场强的电路，功耗电压1.2V，电流10uA。

所述通讯模块为传输功率可调的双向通信频率，频宽为2.4G，覆盖距离为100M-1000M；通信协议的数据包结构，有ID识别号、命令字、包长度、检验字结构；所述通讯模块具有6个信道的CRC校验，通讯模块具有设定错误自动重发功能模块，重发功能模块具有重发次数设定，6个信道具有选择接受单一的地址信息，通信速率设定为1M-2MBit/S。

所述接收控制模块由预警模块、人机操作界面屏、中心微控制器、通讯模块和电源构成，所述中心微控制器一数据端通过通讯模块与2.4G收发天线相连；所述中心微控制器另一数据端通过数据线分别与人机操作界面屏、预警模块相连；所述电源为接收控制模块工作的电源由备用电池、线路电源和电源管理模块构成。所述预警模块具有发布电压等级为10KV最小安全距离0.70M报警距离0.7M -1.0M的数据信息和语音信息的芯片，或电压等级为35KV最小安全距离1.00M报警距离1.0M- 1.2M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为110KV最小安全距离1.50M报警距离1.5M- 1.8M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为220KV最小安全距离3.00M报警距离3.0M- 3.5M的数据信息和语音信息的芯片。

一种高压电力设备非接触智能预警的方法，通过检测高压带电设备周围电场信号的强弱实时发出预警信息，其步骤如下;

1）、采用信号检测模块的感应天线，检测高压带电设备周围电场信号的强弱，

2）、检测到高压带电设备周围的电场信号通过滤波及信号处理模块输入至电场信号检测分析模块，

3）、经电场信号检测分析模块数字滤波预处理，检出检测电压等级为10KV，或35KV、 110KV、220KV场强的50HZ工频信号输入至中心微控制器，

4）、经中心微控制器结合资料存储模块存储的电压等级为10KV，或35KV、 110KV、220KV场强数据及距离数据分析处理，处理后的预警信息数据通过无线2.4G通讯模块，以数据包的方式发送到接收控制模块端；所述信号检测模块的工作电源采用两路电源，由备用电池、线路电源通过电源管理模块进行切换。

5）、接收控制模块通过2.4G收发天线、无线2.4G通讯模块，将接收处理后的预警信息数据输入至中心微控制器，

6）、中心微控制器结合人机操作界面屏处理，将预警信息通过预警模块实时发出预警信息，提醒操作人员及时采取措施，保持的安全距离，避免事故的发生。所述接收控制模块的工作电源采用两路电源，由备用电池、线路电源通过电源管理模块进行切换。

所述信号检测模块发出的预警信号，通过接收控制模块控制相关设备而发生相互警示作用，实现一对多的灵活报警方式，使预警、预防、控制的技术手段，转变为作业的安全保障措施。

本发明以中央处理器为核心，各模块独立工作，又互相配合，模块的层次结构使得调用关系更加合理和准确。按照问题区域或者模块软件逐级细化，每个模块完成一定范围的功能，由一个或多个母模块功能，也有一个或多个子模块的功能，为电场信号的分析检测处理的快速响应提供了可靠性强、灵敏度高信号处理程序。并且支持10KV、35KV、110KV、220KV电压等级，也可扩展支持其它电压等级, 可根据电压等级提供适时的声讯预警。

工作时，信号检测模块通过对强电信号的检测辨识，完成信号检测、信号的处理，并且及时发出预警信号，提高了作业人员和作业设备的安全性，从而避免事故的发生，保障操作者和设备安全。

信号检测模块的电场信号检测分析模块具体为ASIC芯片，支持前端电场信号的数据采集，将经过数字滤波预处理的数据，检出其中50HZ工频部分，分析处理其数据，最后输出预警信息由无线2.4G模块通过经过检验的数据包的方式发送到接收控制模块端。

数据传输方式采用了双向通信频率的2.4G宽频通讯模块传输，能够达到1M-2MBit/S的双向通讯速率，使得信号检测模块端和接收控制模块端的双向通讯互通无阻，采用数据包的型式，可对实际通讯信息的内容加密、验证、纠错、地址核对等功能，可在极端条件下保证数据的正确性，解决设备之间互联互通的需求。具有传输功率可调，容量大稳定，设备已根据实际设置到合理的距离大于100M，最大可达1000M以上，通信协议采用数据包结构，有ID识别号、命令字、包长度、检验字等结构，通信模块采用CRC校验，可设定错误自动重发功能，重发次数设定，有6个信道，可针对性的选择接受单一的地址信息，通信速率可设定为1M-2MBit/S，数据频带较宽，兼容性强。

所述电场信号检测分析模块ASIC芯片，有专用的输出输入端口，功耗极低，正常工作可达到10uA以下，电压最低可达到1.2V，也可适合电池供电的情况。具有低功耗，高效率，高稳定性的特点。

所述信号检测模块端全部采用防水设计，自带充电的电源电路，结构紧凑，式样美观，具有抗干扰能力的可靠性。所述接收控制模块端能够达到人机界面的无缝链接，使得操作变得轻松方便。其使用效果见下表：

智能预警系统工作范围表

电压等级	DL 409-91中最小安全距离（单位：M）	报警距离（单位：M）
			10KV	0.70M	0.7M -1.0M
35KV	1.00M	1.0M- 1.2M
			110KV	1.50M	1.5M- 1.8M
220KV	3.00M	3.0M- 3.5M

另外本发明还可以延伸适用范围，可以采用通过收到的预警信号、输出开关量信号，来控制相关设备而发生相互警示作用。可采用一对多，多对一的灵活报警方式，保障和提高从事高压电器设备作业与高压运行设备的安全性，使预警、预防、控制的技术手段，转变为作业的安全保障措施。

Claims (2)

1.一种高压电力设备非接触智能预警系统，其特征在于：包括: 信号检测模块、接收控制模块，所述信号检测模块通过无线通讯网与接收控制模块相连，接收控制模块通过数据线与人机操作界面的智能控制系统相连；所述信号检测模块由电场信号检测分析模块、信号检测中心微控制器、资料存储模块、信号检测通讯模块和信号检测电源构成；

所述电场信号检测分析模块一端通过滤波及信号处理模块与感应天线相连；电场信号检测分析模块另一端通过信号检测中心微控制器与信号检测通讯模块相连，所述信号检测通讯模块通过导线与2.4G收发天线相连；所述信号检测中心微控制器通过数据线与资料存储模块相连；所述信号检测电源为信号检测通讯模块工作的电源，由备用电池、线路电源和电源管理模块构成；电场信号检测分析模块为前端电场信号数据采集芯片ASIC，具有检测电压等级为10KV、35KV、 110KV、220KV场强的电路，功耗电压1.2V，电流10uA；无线通讯网为全双工数字通讯1-2MBIT/S，或移动通讯2G、3G、4G 无线通讯网；所述信号检测通讯模块为传输功率可调的双向通信频率，频宽为2.4G，覆盖距离为100M-1000M；通信协议的数据包结构，有ID识别号、命令字、包长度、检验字结构；所述信号检测通讯模块具有6个信道的CRC校验，信号检测通讯模块具有设定错误自动重发功能模块，设定错误自动重发功能模块具有重发次数设定，6个信道具有选择接受单一的地址信息，通信速率设定为1M-2MBit/S；

所述接收控制模块由预警模块、人机操作界面屏、接收控制中心微控制器、接收控制通讯模块和接收控制电源构成，所述接收控制中心微控制器一数据端通过接收控制通讯模块与2.4G收发天线相连；所述接收控制中心微控制器另一数据端通过数据线分别与人机操作界面屏、预警模块相连；所述接收控制电源为接收控制模块工作的电源，由备用电池、线路电源和电源管理模块构成；所述预警模块具有发布电压等级为10KV最小安全距离0.70M报警距离0.7M -1.0M的数据信息和语音信息的芯片，或电压等级为35KV最小安全距离1.00M报警距离1.0M- 1.2M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为110KV最小安全距离1.50M报警距离1.5M- 1.8M的数据信息和语音信息的芯片；或电压等级为220KV最小安全距离3.00M报警距离3.0M- 3.5M的数据信息和语音信息的芯片。

2.如权利要求1所述预警系统的一种高压电力设备非接触智能预警的方法，其特征在于：通过检测高压带电设备周围电场信号的强弱实时发出预警信息，其步骤如下;

1）、采用信号检测模块的感应天线，检测高压带电设备周围电场信号的强弱，

2）、检测到高压带电设备周围的电场信号通过滤波及信号处理模块输入至电场信号检测分析模块，

3）、经电场信号检测分析模块数字滤波预处理，检出检测电压等级为10KV，或35KV、110KV、220KV场强的50HZ工频信号输入至信号检测中心微控制器，

4）、经信号检测中心微控制器结合资料存储模块存储的电压等级为10KV，或35KV、110KV、220KV场强数据及距离数据分析处理，处理后的预警信息数据通过信号检测通讯模块，以数据包的方式发送到接收控制模块端；信号检测通讯模块采用的是无线2.4G通讯模块；

5）、接收控制模块通过2.4G收发天线、接收控制通讯模块，将接收处理后的预警信息数据输入至接收控制中心微控制器，接收控制通讯模块采用的是无线2.4G通讯模块；

6）、接收控制中心微控制器结合人机操作界面屏处理，将预警信息通过预警模块实时发出预警信息，提醒操作人员及时采取措施，保持的安全距离，避免事故的发生；

其中所述的信号检测模块、接收控制模块的工作电源采用两路电源，由备用电池、线路电源通过电源管理模块进行切换；其中，信号检测模块发出的预警信号，通过接收控制模块控制相关设备而发生相互警示作用，实现一对多的灵活报警方式，使预警、预防、控制的技术手段，转变为作业的安全保障措施。