CN111207787A - 高压输电线路施工距离预警装置及其方法 - Google Patents

高压输电线路施工距离预警装置及其方法 Download PDF

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刘世鹏
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赵杨
吴俊鹏
姚军帅
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Abstract

本发明公开了一种高压输电线路施工距离预警装置及其方法，包括测量端与报警端两部分，其电路结构与均安装在机壳内，且由电源模块供电。测量端的电场传感器经过信号处理电路连接控制器输入端，测距传感器连接控制器输入端，同时，控制器与无线传输模块连接；报警端无线数据传输模块与控制器相连接，机壳上装有工作模式设定键，经工作模式设定模块接入控制器，控制器输出端连接语音控制模块、灯光控制模块，语音控制模块连接报警器、蜂鸣器，灯光控制模块与发光二极管相连接；本发明通过设置互为分体结构的测量设备和报警设备，可以把测量设备设置在施工设备顶端上，操作人员手持报警设备，实现远距离检测并报警，符合大型机械设备的工作环境。

Description

高压输电线路施工距离预警装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种施工辅助设备，特别是涉及一种高压输电线路施工距离预警装置及其方法。
背景技术：
由于施工机械与高压输电线路相触碰或距离过近引起的跳闸触电事故时有发生。此类事故严重威胁电网的安全运行，可能造成了大面积停电、人身伤亡和设备损坏。传统的解决方式包括树立安全警示牌、设置竹排保护屏障等，主要通过目测判断，准确度低。对于输电线路是否带电，操作人员和施工机械是否进入高场强区均没有相应提示。对操作人员经验素质依赖性强，可靠性差。
安全距离报警装置是一种具有现场实时距离数据采集、处理、报警功能的自动化设备，其主要功能是将现场采集到的距离数据与设定的报警阈值相比较，若距离过近则实现声光报警。现有的近电报警装置往往存在报警判据单一、不适用大型机械等问题。另外，还存在不同程度的下述不足：难以应对复杂工作环境、装置制作安装复杂、监测范围小、无提前预警。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，通过设置互为分体结构的测量设备和报警设备，实现远距离检测并报警，符合大型机械设备的工作环境，且通过电场传感器和距离传感器同时进行检测，保证施工设备在安全距离外施工的高压输电线路施工距离预警装置及其方法。
本发明的技术方案是：一种高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：包括分体设置的测量设备和报警设备，所述测量设备和报警设备通过无线进行相互连接；
所述测量设备包括电场传感器、测距传感器、信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块；
所述电场传感器通过信号处理模块与第一控制器连接，所述测距传感器和无线数据传输模块与第一控制器连接，所述信号处理模块包括自适应放大器、滤波器和电压抬升电路；
所述报警设备包括灯光模块、语音模块、第二控制器和无线数据传输模块；
所述灯光模块通过灯光控制模块与第二控制器连接，所述语音模块通过语音控制模块与第二控制器连接，所述第二控制器与无线数据传输模块和工作模式设定模块连接；
所述电场传感器为三维平行板传感器，所述测距传感器为两个超声波距离传感器。
进一步的，所述工作模式设定模块为对电压等级和回路数进行设定的按键。
进一步的，所述按键、灯光模块、语音模块设置在报警壳体上，所述第二控制器、无线数据传输模块、语音控制模块、灯光控制模块设置在报警壳体内，且检测壳体内设施有供电电源。
进一步的，所述灯光模块为报警警示灯，语音模块为扬声器。
进一步的，所述电场传感器和测距传感器设置在检测壳体上，信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块设置在检测壳体内，且检测壳体内设施有供电电源。
一种高压输电线路施工距离预警方法，设置互为分体结构的测量设备和报警设备，通过测量设备对电场和与输电线距离进行检测，并通过无线把检测信息传输到报警设备，实现远距离检测并报警；
测量设备包括电场传感器、测距传感器、信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块；
报警设备包括灯光模块、语音模块、第二控制器、无线数据传输模块和工作模式设定模块；
测量设备设置于施工机械顶或最接近输电线路处端，三维电场传感器对施工器械周围各方向电场进行测量，并经过信号处理模块进行处理后输入至第一控制器；测距传感器对施工机械与高压输电线路的距离进行测量，并把检测信号输入到第一控制器，第一控制器对处理信号进行处理，并与通过工作模式设定模块设置的阈值进行对比，生成相应的报警信号后通过测量设备的无线传输模块进行信息传送，报警设备设置在操作人员处，其内的无线传输模块对信息进行接收并发送到第二控制器，第二控制器对接收的信号进行处理，由语音模块和灯光模块进行分级语音和灯光报警。
进一步的，所述三维电场传感器使用三维平行板传感器，信号处理模块与三对极板处理原理相同，每对极板电压输入后，首先根据输入信号范围，控制多个继电器的开断，从而使信号缩小不同倍数，同时调整电压与电场的比例系数值，再输入差分放大器，减少周围的共模干扰，通过自适应差分运算放大电路后，再通过滤波与电压抬升电路，送至第一控制器。
进一步的，所述阈值的设定，由工作模式设定模块根据相应的工作环境设置工作环境的电压等级与输电线路回路数等具体参数，并通过无线数据传输模块发送到第一控制器。
进一步的，所述电场强度值和距离值阈值的对比确定多个报警等级，且不同报警等级的语音和灯光报警信号不同。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置互为分体结构的测量设备和报警设备，可以把测量设备设置在施工设备顶端上，操作人员手持报警设备，实现远距离检测并报警，符合大型机械设备的工作环境，且通过电场传感器和距离传感器同时进行检测，保证施工设备在安全距离外施工。
2、本发明采用三维平行板电场传感器，由三对平行板构成，测量x,y,z轴三个正交方向的电场分量，测量精确度较高，适应现场工作需求，且结构简单便于制作。
3、本发明报警可靠性高，同时设置电场报警阈值与距离报警阈值，以电场和距离综合考虑作为报警依据，最大程度减少报警误判或漏判的情况。
4、本发明细化多种工作模式，可变电压等级与线路回数，对应不同的电场阈值与距离阈值，报警更加准确可靠。
5、本发明测量端与报警端分开布置，测量端位于施工机械吊臂顶端，与输电线路距离最近，测量最为准确，报警端位于工作人员操作室内，便于设置工作模式，方便操作人员及时接收报警信号。
附图说明：
图1为高压输电线路施工距离预警装置的电路框图。
图2为电场传感器的结构示意图。
图3为报警端的结构示意图。
图4为电场传感器中其中一对极板的信号处理模块电路图。
图5为测量端程序流程图。
图6为报警端程序流程图。
具体实施方式：
实施例：参见图1、图2、图3、图4、图5和图6。
高压输电线路施工距离预警装置及其方法，包括测量端与报警端两部分，其电路结构与均安装在机壳内，且由电源模块供电。测量端的电场传感器经过信号处理电路连接控制器输入端，测距传感器连接控制器输入端，同时，控制器与无线传输模块连接。报警端无线数据传输模块与控制器相连接，机壳上装有工作模式设定键，经工作模式设定模块接入控制器，控制器输出端连接语音控制模块、灯光控制模块，语音控制模块连接报警器、蜂鸣器，灯光控制模块与发光二极管相连接。
下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。
图1所示：测量端A和报警端B通过无线进行相互连接；
测量端A包括电场传感器1、测距传感器3、信号处理模块2、第一控制器4和无线数据传输模块5；
三维电场传感器1用于测量施工器械周围各方向电场；信号处理模块2用于处理电场传感器1输入的感应电压送至第一控制器4；测距传感器3安装于施工器械吊臂顶端或最接近输电线路处，用于测量施工机械与高压输电线路的距离；第一控制器4用于处理输入信号、控制信号传输；测量端无线传输模块5，用于实现施工机械远端的测量端与操作室内的报警端之间的信号传递；
电场传感器通过信号处理模块与第一控制器连接，测距传感器和无线数据传输模块与第一控制器连接，信号处理模块包括自适应放大器、滤波器和电压抬升电路；
报警端B包括灯光模块11、语音模块9、第二控制器7、无线数据传输模块6和工作模式设定模块12；
报警端无线传输模块6用于实现施工机械远端的测量端与操作室内的报警端之间的信号传递；第二控制器7处理输入信号、控制信号传输、控制分级报警；语音控制模块8、语音模块9用于实现分级语音报警；灯光控制模块10、灯光模块11用于实现分级灯光报警；工作模式设定模块12用于设置工作环境的电压等级与输电线路回路数等具体参数，使第二控制器7切换报警判据。
灯光模块11通过灯光控制模块10与第二控制器7连接，语音模块9通过语音控制模块8与第二控制器7连接，第二控制器7与无线数据传输模块6和工作模式设定模块12连接；
图2所示：3为环氧树脂正方体绝缘介质，2为金属平行板，4、7为x轴方向平行板金属片的接线端，1、6为y轴方向平行板金属片的接线端，4、6为z轴方向平行板金属片的接线端之一。
图3所示：1为工作模式设定区，其内设置有对电压等级和回路数进行设定的按键6，2为通讯天线，3为装置开关，4为扬声器，5为报警警示灯。
本申请主要针对在输电线附近施工的大型机械设备与输电线的距离检测，测量端设置于施工机械（吊臂）顶端，与输电线路距离最近，测量最为准确；报警端位于工作人员操作室内。
根据施工处输电线路的参数信息，通过工作模式设定模块12（按键）选择输电线路电压等级(35 kV、110 kV、220 kV)与回路数(单回路或双回路)档位，输入报警端第二控制器7，第二控制器7经过无线传输模块6将工作模式传输给测量端无线传输模块5，再送至第一控制器4，使第一控制器4根据不同的电压等级和回路数对应获取不同的报警阈值（报警阈值为电场强度值与距离值，形成二级报警阈值，报警阈值为人员预先进行计算好后并导入并储存）。
机械作业过程中，电场传感器1测量感应电压，经信号处理模块2后送至第一控制器4。
电场传感器1使用三维平行板传感器。信号处理模块2与三对极板处理原理相同，每对极板电压输入后，首先根据输入信号范围，控制多个继电器的开断，从而使信号缩小不同倍数，同时调整电压与电场的比例系数值，再输入差分放大器，减少周围的共模干扰。通过自适应差分运算放大电路后，再通过滤波与电压抬升电路，送至第一控制器4。第一控制器4对输入信号进行模数转换后，计算出应电场强度。
同时，测距传感器3中多个（一个或至少两个）超声波距离传感器全方位测量施工器械与周围物体的距离值，直接传入第一控制器4。
第一控制器4将测量得到的电场强度值与距离值分别和二级报警阈值相比较，若测量得到的电场强度值与距离值均大于二级报警阈值，判断达到报警阈值后，通过无线数据传输模块5传送到无线数据传输模块6。当电场与距离报警等级不同时，为最大限度保证安全，提高报警可靠性，采用较高的等级作为最终报警等级。（电场强度值与距离值均设置三个区间范围，三个区间范围为一级、二级和三级，其中级别越高距离越近。）
经过第二控制器7，分别对语音控制模块8与灯光控制模块10输送不同等级的报警信号，接收端语音模块9与灯光模块11启动分级对应的报警提示，提醒工作人员施工机械与输电线路距离过近（一级：灯光闪烁；二级：扩音器鸣叫与灯光闪烁：三级：扩音器鸣叫的音贝与灯光闪烁的频率均变大）。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：包括分体设置的测量设备和报警设备，所述测量设备和报警设备通过无线进行相互连接；
所述测量设备包括电场传感器、测距传感器、信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块；
所述电场传感器通过信号处理模块与第一控制器连接，所述测距传感器和无线数据传输模块与第一控制器连接，所述信号处理模块包括自适应放大器、滤波器和电压抬升电路；
所述报警设备包括灯光模块、语音模块、第二控制器和无线数据传输模块；
所述灯光模块通过灯光控制模块与第二控制器连接，所述语音模块通过语音控制模块与第二控制器连接，所述第二控制器与无线数据传输模块和工作模式设定模块连接；
所述电场传感器为三维平行板传感器，所述测距传感器为两个超声波距离传感器。
2.根据权利要求1所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述工作模式设定模块为对电压等级和回路数进行设定的按键。
3.根据权利要求1所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述按键、灯光模块、语音模块设置在报警壳体上，所述第二控制器、无线数据传输模块、语音控制模块、灯光控制模块设置在报警壳体内，且检测壳体内设施有供电电源。
4.根据权利要求1所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述灯光模块为报警警示灯，语音模块为扬声器。
5.根据权利要求1所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述电场传感器和测距传感器设置在检测壳体上，信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块设置在检测壳体内，且检测壳体内设施有供电电源。
6.一种高压输电线路施工距离预警方法，设置互为分体结构的测量设备和报警设备，通过测量设备对电场和与输电线距离进行检测，并通过无线把检测信息传输到报警设备，实现远距离检测并报警；
测量设备包括电场传感器、测距传感器、信号处理模块、第一控制器和无线数据传输模块；
报警设备包括灯光模块、语音模块、第二控制器、无线数据传输模块和工作模式设定模块；
测量设备设置于施工机械顶或最接近输电线路处端，三维电场传感器对施工器械周围各方向电场进行测量，并经过信号处理模块进行处理后输入至第一控制器；测距传感器对施工机械与高压输电线路的距离进行测量，并把检测信号输入到第一控制器，第一控制器对处理信号进行处理，并与通过工作模式设定模块设置的阈值进行对比，生成相应的报警信号后通过测量设备的无线传输模块进行信息传送，报警设备设置在操作人员处，其内的无线传输模块对信息进行接收并发送到第二控制器，第二控制器对接收的信号进行处理，由语音模块和灯光模块进行分级语音和灯光报警。
7.根据权利要求6所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述三维电场传感器使用三维平行板传感器，信号处理模块与三对极板处理原理相同，每对极板电压输入后，首先根据输入信号范围，控制多个继电器的开断，从而使信号缩小不同倍数，同时调整电压与电场的比例系数值，再输入差分放大器，减少周围的共模干扰，通过自适应差分运算放大电路后，再通过滤波与电压抬升电路，送至第一控制器。
8.根据权利要求6所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述阈值的设定，由工作模式设定模块根据相应的工作环境设置工作环境的电压等级与输电线路回路数等具体参数，并通过无线数据传输模块发送到第一控制器。
9.根据权利要求6所述的高压输电线路施工距离预警装置，其特征是：所述电场强度值和距离值阈值的对比确定多个报警等级，且不同报警等级的语音和灯光报警信号不同。
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