CN107657856A - 一种配电线路带电作业安全实训互动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电线路带电作业安全实训互动系统，由系统管理模块、通讯模块、模拟带电模块、数据采集模块、现场评价模块和手持评价终端组成，通过上述模块配合使用，组成训练子系统、评价子系统和考试子系统，通过软硬件的配合作用实现对配电线路安全规范互动实训系统的常规化运行，提高实训、考核的准确性，减少因工作人员等人为因素造成的训练、考核成绩误差，提高实训、考核水平。进而提升作业人员安全防范意识和对输电线路安全规范的熟悉程度，保证作业人员安全和电网安全稳定运行。

Description

一种配电线路带电作业安全实训互动系统

技术领域

本发明属于电力作业技术领域，尤其是涉及一种配电线路带电作业安全实训互动系统。

背景技术

现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，对电网运行的可靠性要求也越来越高。同 时，目前电网系统同杆多回、多电压等级线路越来越多，三集五大专业化管理深入到农配网 管理，作业人员技能不熟练，带电或停电作业人员易误入带电区域。为了保障维护和检修人 员的安全，针对高压输电线路都有一定的安全距离范围和技术规范，当作业人员不按照作业 规范操作，或者误入安全距离以内一方面会对作业人员产生伤害，另一方面会造成输电线路 的单相接地短路，这对电力系统的稳定也是有很大影响的。在电力网络中，一旦某一点或者 某一处发生事故也许会导致一片区域或者一个城市的电力中断，威胁区域电网安全运行，这 会造成后果无法估量的安全事故和经济损失。

由于受到场地、资金、技术等方面的限制，目前尚未有成熟的模拟带电的输电线路安全 规范实训系统。对于作业人员的培训也仅仅局限在对线路和相关设备操作规程的认知，并不 能真正感知输电线路现场实际。同时，国内现有的培训场地或系统，在培训、考核时，对作 业人员安全距离、安全规范标准等的操作仅靠经验识别存在较大偏差，导致培训效果不佳。

同时，带电监测与报警距离报警装置在市场上的普及度并不是很高，而且理论技术并不 是非常成熟，而在安全第一、以人为本的二十一世纪，这种产品的应用范围和重要程度都是 非常大。大部分产品只能手动调档进行报警，不能通知侦测进行调档，这就对线路维护人员 确定高压线路的危险区域加大了难度；而且有的产品只能发出一种声音，并没有灯光报警和 报警铃声的变换，这就使得在噪杂的环境中对人的生命安全的保障系数不够高。因此建立一 套高压输电线路安全规范模拟实训系统，并在此基础上开发一款新型实际操作的带电监测与 距离报警装置，一方面加强对相关作业人员的安全操作规范培训、考核，提升作业人员的安 全意识和操作技能，另一方面防止作业人员误入带电危险区域。具有非常大的必要性，不仅 能够保障了线路作业人员的生命安全，也是对整个电网稳定运行提供了一定的保障。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种配电线路带电作业安全实训互动系统。包含含模 拟带电距离报警器)同时配合实训系统管理和考试软件、手持式监考评分器以及设备状态监 视系统等，可以实现对配电线路安全规范模拟互动实训系统的常规化运行，提高实训、考核 的准确性，减少因工作人员等人为因素造成的训练、考核成绩误差，提高实训、考核水平。 进而提升作业人员安全防范意识和对输电线路安全规范的熟悉程度，保证作业人员安全和电 网安全稳定运行。

本发明完整的技术方案包括：

一种配电线路带电作业安全实训互动系统，由系统管理模块、通讯模块、模拟带电模块、 数据采集模块、现场评价模块和手持评价终端组成，通过上述模块配合使用，实现训练子系 统、评价子系统和考试子系统，

所述的训练子系统，包括模拟带电安全距离监测装置，并通过微波测距，实现对操作人员 距离带电线路距离的实时监控。

所述模拟带电安全距离监测装置，包括接收端和发送端，发送端由球形传感器、放大滤 波电路及球形射频发送器组成，接收端由射频接收器，液晶显示部分和报警部分组成。

采用AD620和OP07对其进85行滤波放大处理，对输入信号实现500倍无失真放大，将其送入STM32单片机。

发送端：首先对硬件进行初始化，之后配置寄存器，设置降噪级别，打开各GPIO口时 钟，配置按键GPIO的输入模式，将LED指示灯的GPIO设置为推挽输出模式，随后对 ADC进行配置，选定模拟输入口，将其设为软件自己触发，ADC采样处理采用1ms systi中 断进行调用，程序在CPU内部Flash或者内部RAM执行时，样本个数取20个；当程序 在外部SRAM运行时，在程序中代用平均值方法进行滤波处理，具体为去掉最大和最小值 后再进行平均。

接收端：首先设置开机界面，提示操作者接收端的上电，之后将收到的通信数据转化为准 确距离，在主程序中对转化后的距离值进行判断，当其小于安全阈值时，进行报警，利用中 断函数实现数据接收的不断扫描；并在主程序中设置了看门狗，及时复位，或者在通信和信 号处理过程中释放存储空间。

根据如上设置，所述模拟带电安全距离监测装置基于近电感应原理，在距离带电体由远及 近的过程中可以发出蓝色、绿色、黄色、红色报警信号，进一步靠近带电体会发出尖锐的声 音报警信号，更进一步靠近带电体会同时发出震动信号，可以通过视觉、听觉和触觉多重感 知预警，模拟带电安全距离监测装置，电路中加入带通滤波电路，以滤掉环境中的杂波，且 根据距离电场的远近，通过单片机控制实现发光二极管的多档分级亮灭情况；

所述的评价子系统：实时上传实训操作人员所操作设备的状态，判断正确或错误操作信息 并记录；实时上传实训操作人员距离模拟线路的距离，记录操作人员进入带电报警区域的时 间与距离，在训练时报警提醒，在考试时自动评价对错；实时上传并保存实训监考人员的评 分结果；

所述的考试子系统包括如下功能模块：

(1)题库管理模块，题库管理模块存储有考试题库，并且具有添加试题，修改试题，删 除试题，移动题库等的编辑接口。

(2)考试管理模块，考试管理模块调用题库管理模块的题库建立试卷，并具有修改试卷、 删除试卷和试卷内容的考试管理功能。

(3)成绩评估模块

成绩评估模块对考试成绩进行准确评估，能够对考试成绩进行精确查询。

(4)状态量显示模块

状态量显示模块与采集数据模块对接，直接适时显示每个数据采集模块的通断信息，时间 信息，和状态信息。并把以上相关数据直接反映到手持终端设备上。

(5)系统管理模块

系统管理模块包括：管理员管理、学员管理、培训机构管理、其他基础设置。

本发明相对于现有技术的优点在于：

过研究开发配电线路安全实训系统管理和考试软件、手持式监考评分器以及实训模拟带 电系统、设备状态监视系统等，并通过以上软硬件的配合作用实现对配电线路安全规范互动 实训系统的常规化运行，提高实训、考核的准确性，减少因工作人员等人为因素造成的训练、 考核成绩误差，提高实训、考核水平。进而提升作业人员安全防范意识和对输电线路安全规 范的熟悉程度，保证作业人员安全和电网安全稳定运行；通过研究开发新型带电监测与距离 报警装置，在实际应用中可实现手动选择电压等级、实现距离多种报警声音和光信号提醒等 功能。可以快捷、稳定的实现对输电线路安全距离的实时监控报警功能，大大增加了现场工 作的安全系数。当作业人员误入带电区域(或将要误入带电体或带电杆)时，电压监测的实 训模拟带电系统能够实时监测到危险，报警并将信息同步传输到工作站。通过以上几个子系 统的配合作用，实现对配电线路安全规范互动实训系统的常规化运行

附图说明

图1为本发明系统总体架构图。

图2为本发明的考试子系统拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种配电线路带电作业安全实训互动系统，系统的总体架构如图1所示，分别是系统管 理模块、通讯模块、模拟带电模块、数据采集模块和现场评价模块组成。通过上述模块相互 配合，实现多个子系统的功能，本系统首先建成配电线路实训场地，在杆塔上按照线路实际 尺寸架设10kV、110kV、220kV三根架空导线，并分别在三根导线上加装模拟带电装置实现 现场模拟带电，通过与模拟带电安全距离监测装置的配合，实现在不同电压等级环境下，当 作业人员携带模拟带电距离报警装置误入带电区域(或将要误入带电体或带电杆)时的报警 处理。

模拟带电安全距离监测装置基于近电感应原理，在距离带电体由远及近的过程中可以发 出蓝色、绿色、黄色、红色报警信号，进一步靠近带电体会发出尖锐的声音报警信号，更进 一步靠近带电体会同时发出震动信号，可以通过视觉、听觉和触觉被感知，且质量轻巧，便 于佩戴。

模拟带电安全距离监测装置利用场效应管输入阻抗极高的原理制成，栅极从工频电场感 应到被测信号，通过发光二极管的发光以及震动片的震动显示出来。因为在外界环境下，电 场的情况较为复杂，不光是工频电场，所以在电路中需要加入带通滤波电路，从而滤掉环境 中的杂波。而且该模拟带电安全距离监测装置可以根据距离电场的远近，从而发光二极管显 示出不同的亮灭情况。例如，当装置距离电场10m时，LED1亮，LED2灭，距离5m时， LED1，灭，LED2亮，当离电场很近时，LED1，LED2同时亮，该装置通过单片机控制通过 这样的一种多档分级，可以使该装置更加方便的使用，更加的安全。

本发明设计开发的模拟带电安全距离监测装置经过实际试验测量，得到的不同电压等级 报警距离如表1所示。表中可以看出，本发明所设计开发的装置达到了现场应用要求。

表1不同电压等级报警距离对照表

电压等级(KV)	安全距离(m)	报警距离(m)
			10(6)	0.70	0.80-1.40
20、35	1.00	1.20-2.50
			63(66)、110	1.50	2.00-4.00
220	3.00	3.50-5.50

模拟带电安全距离监测装置的硬件部分包括接收端和发送端两大部分，发送端由球形传 感器、放大滤波电路及球形射频发送器组成，接收端由射频接收器，液晶显示部分和报警部 分组成。由于传感器采集的信号非常微弱，采用AD620和OP07对其进85行滤波放大处 理，可以对输入信号实现500倍无失真放大，将其送入STM32单片机，本装置采用STM32作为主控芯片。具体操作为：

(1)发送端

首先对硬件进行初始化，之后配置寄存器，设置降噪级别，打开各GPIO口(GPIOA，GPIOC，GPIOD，GPIOF，GPIOG)时钟，配置按键GPIO的输入模式，将LED指示灯 的GPIO设置为推挽输出模式。下一步对ADC进行配置，选定模拟输入口，将其设为软件 自己触发而非100DMA。ADC采样处理采用1ms systi中断进行调用，由于运行环境的不同， 采样值的稳定性会受到影响：程序在CPU内部Flash或者内部RAM执行时，样本个数取 20个，采样值非常稳定；而当程序在外部SRAM运行时，由于3.3V电源波动，因此采样 值跳动较大。为使采样更准确，在程序中代用平均值方法进行滤波处理，在更精确的要求下， 去掉最大和最小值后在进行平均。

(2)接收端

由于接收端可以被施工人员直接操控，因此对其用户友好性有一定的要求。首先设置开 机界面，提示操作者接收端的上电。之后将收到的通信数据转化为准确距离，在主程序中对 的距离值进行判断，当其小于安全阈值时，进行报警。利用中断函数实现数据接收的不断扫 描。由于对收发数据的上限并没有限制，因此用于存储通信数据的存储器会不断被占用，导 致系统可用空间逐渐减小。采用两种方式解决该问题：一是在主程序中设置了看门狗，及时 复位，二是在通信和信号处理过程中释放存储空间，由于自发的释放存储空间会对其前后 的数据处理造成影响。

以10kV为例，得出的输电电路环境初步测试结果如表2所示：

表2输电电路环境初步测试结果

从实验结果可以看出当测试点和高压电力线之间的距离在4.5m以下时，测量的误差很 小，最高为2.4％，说明装置的设计符合要求。

根据接近危险源的距离，显示不同类型的声音或光信号报警，考评人员记录报警次数、时 间、位置等，并适时信息同步传输到工作站；利用断路器、隔离开关或负荷开关的辅助节点， 可以判断各开关类设备的通断状态。根据各开关设备的通断次序，现场监考人员可以判断实 训人员操作顺序是否正确，并通过手持PDA终端将实训人员操作信息适时反馈到管理系统。 管理系统通过光纤、网线、无线路由等方式实现与现场的通讯和数据互联。

实训模拟带电系统安装在模拟配电线路上，并集成模拟带电安全距离监测装置，该模拟带 电安全距离监测装置，实现在不同电压等级环境下，当作业人员误入带电区域(或将要误入 带电体或带电杆)时，根据接近危险源的距离，显示不同类型的声音或光信号报警。

评价子系统同时记录实训操作人员所操作设备的状态，判断正确(或错误)操作信息，报 警次数、时间、位置，实训操作人员距离模拟线路的距离，记录操作人员进入带电报警区域 的时间与距离等，并适时信息传输到工作站。在训练时报警提醒，在考试时自动评价对错； 实时上传并保存实训监考人员的评分结果；大大提高实训、考核的准确性，减少因工作人员 等人为因素造成的训练、考核成绩误差，提高实训、考核水平；建设典型训练科目和考题， 并方便扩展；系统人机界面应良好，能与现有培训、变配电站自动化等系统接口。

考试子系统，一共包括4个功能管理大模块，10多个小模块：

(1)题库管理模块

该模块实现了对题库的操作，包括添加试题，修改试题，删除试题，移动题库。

(2)考试管理模块

该模块实现了考试管理功能：建立试卷、修改试卷、删除试卷和试卷内容四个部分。

(3)成绩评估模块

该模块实现了考试成绩的准确评估，能够对考试成绩进行精确查询。

(4)状态量显示模块

本模块与采集数据模块对接，直接适时显示每个数据采集模块的通断信息，时间信息，和 状态信息。并把以上相关数据直接反映到手持终端(PDA)设备上。

(5)系统管理模块

该模块包括四个子模块：管理员管理、学员管理、培训机构管理、其他基础设置，实现了 对学员、管理人员等的系统维护。

该考试子系统还包括手持评价终端(PDA设备)。该手持评价终端(PDA)是用于监考老 师在考试过程中现场巡查和评分的设备，可以通过无线网络通信实现与管理系统的数据传输 和交互。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的 保护范围内。

Claims (1)

1.一种配电线路带电作业安全实训互动系统，由系统管理模块、通讯模块、模拟带电模块、数据采集模块、现场评价模块和手持评价终端组成，通过上述模块配合使用，组成训练子系统、评价子系统和考试子系统，

所述的训练子系统，包括模拟带电安全距离监测装置，并通过微波测距，实现对操作人员距离带电线路距离的实时监控。

所述模拟带电安全距离监测装置，包括接收端和发送端，发送端由球形传感器、放大滤波电路及球形射频发送器组成，接收端由射频接收器，液晶显示部分和报警部分组成。

采用AD620和OP07对其进85行滤波放大处理，对输入信号实现500倍无失真放大，将其送入STM32单片机。

发送端：首先对硬件进行初始化，之后配置寄存器，设置降噪级别，打开各GPIO口时钟，配置按键GPIO的输入模式，将LED指示灯的GPIO设置为推挽输出模式，随后对ADC进行配置，选定模拟输入口，将其设为软件自己触发，ADC采样处理采用1ms systi中断进行调用，程序在CPU内部Flash或者内部RAM执行时，样本个数取20个；当程序在外部SRAM运行时，在程序中代用平均值方法进行滤波处理，具体为去掉最大和最小值后再进行平均。

接收端：首先设置开机界面，提示操作者接收端的上电，之后将收到的通信数据转化为准确距离，在主程序中对转化后的距离值进行判断，当其小于安全阈值时，进行报警，利用中断函数实现数据接收的不断扫描；并在主程序中设置了看门狗，及时复位，或者在通信和信号处理过程中释放存储空间。

根据如上设置，所述模拟带电安全距离监测装置基于近电感应原理，在距离带电体由远及近的过程中可以发出蓝色、绿色、黄色、红色报警信号，进一步靠近带电体会发出尖锐的声音报警信号，更进一步靠近带电体会同时发出震动信号，可以通过视觉、听觉和触觉多重感知预警，模拟带电安全距离监测装置，电路中加入带通滤波电路，以滤掉环境中的杂波，且根据距离电场的远近，通过单片机控制实现发光二极管的多档分级亮灭情况；

所述的评价子系统：实时上传实训操作人员所操作设备的状态，判断正确或错误操作信息并记录；实时上传实训操作人员距离模拟线路的距离，记录操作人员进入带电报警区域的时间与距离，在训练时报警提醒，在考试时自动评价对错；实时上传并保存实训监考人员的评分结果；

所述的考试子系统包括如下功能模块：

(1)题库管理模块，题库管理模块存储有考试题库，并且具有添加试题，修改试题，删除试题，移动题库等的编辑接口。

(2)考试管理模块，考试管理模块调用题库管理模块的题库建立试卷，并具有修改试卷、删除试卷和试卷内容的考试管理功能。

(3)成绩评估模块

成绩评估模块对考试成绩进行准确评估，能够对考试成绩进行精确查询。

(4)状态量显示模块

状态量显示模块与采集数据模块对接，直接适时显示每个数据采集模块的通断信息，时间信息，和状态信息。并把以上相关数据直接反映到手持终端设备上。

(5)系统管理模块

系统管理模块包括：管理员管理、学员管理、培训机构管理、其他基础设置。