CN113671265A - 一种基于无线传输的检修设备触电预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开一种采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，包括LORA无线传输模块、层次电磁场感应电路、继电器模块、触发延时高清显示屏幕模块、语音芯片模块、扬声器模块和STM32型MCU模块。本发明专利通过安全预警装置感应端的层次电磁场感应电路对输变电设备的电磁场情况进行感应，一旦感应端靠近输变电设备的安全距离则会向安全预警装置的预警端发出预警信号，一旦感应端进入输变电设备的安全距离之内则会向安全预警装置的预警端发出报警信号；通过安全预警装置的预警端接收到的信号，可以驱动屏幕、扬声器和继电器工作，能够及时的返回感应端的工作状态，有益于保证工作人员人身安全。

Description

一种基于无线传输的检修设备触电预警装置

技术领域

本发明涉及电力系统及电力技术领域，具体涉及一种采用无线传输的电力设备检修安全预警装置。

背景技术

随着中国现代化建设进程的不断推进，中国经济飞速发展，推动了智能电网的飞速发展，经济总量的激增必然伴随着用电需求的急剧增长，因此高压和超高压系统已经是变电站和跨区输电的主旋律，而高压环境带来的是运维和检修的困难，为了保障供电可靠性和电能质量，变电站和高压输电线路的检修是绕不开的话题。

高压变电站中存在着许多一次设备和二次设备，而检修人员一方面是完成检修任务的实施者，另一方面也是这些高压危害的直接面对者。高压变电站中，无论是带电检修还是停电检修，设备所产生的感应电通常是致人伤亡的主要原因。

变电站和高压输电线路由于三相电流的时变特性会在其附近激发出一个工频电磁场，而变电站内的高压设备排布、数量、接线方式和电压等级等等都会将变电站内的工频电磁场的分布和大小产生影响。此外，变电站内的各种高压设备会在母线所产生的高压电场作用下产生诸如自由面电荷、极化电荷等不同类型的电荷，而这些电荷的产生又会反过来作用原来的电场，导致其发生畸变，因此变电站内的工频电磁场环境是及其复杂的。

复杂的电磁场环境往往会导致在某些原本在变电站或输电线附件，不带电的设备也进而带上了感应电。所以，金属物体如横栏、扶梯、门构架长条形导体等等，容易在超高压输电线路或者超高压设备附件产生较强的静电感应和电磁感应现象。在正常安全距离以内，其扶梯上的感应电经常能够电击到检修人员。感应电通常存在于与高压电气设备如隔离开关、门构架、互感器等等设备和交叉跨越或者互相临近平行的输电线路附件。根据过去的高压输电线路检修感应电电压测量试验情况看，在停电后若不挂接地线时，500千伏母线最高感应电压可达18千伏左右，未接地情况下感应电压非常高，作业人员如果接触到如此高的感应电压必将导致人身事故的发生。如果是斗臂车等作业车在线路或设备带电工作时进行检修，则危险性则更大。

变电站运维的检修人员由于自身检修技术水平和故障的隐蔽性，现场无法立刻确定故障产生的原因和制定检修的策略，这往往会产生一些安全隐患。目前变电站中也缺乏一些关键设备的状态评估标准，极大程度的增加了运维人员的工作量，往往导致设备的检修效率降低和检修人员人身安全风险的增加。

目前检修斗臂车或者其他检修设备在工作时，当工作人员在带电或者不带电情况下，靠近高压设备或者输电线路距离过近时，可能会产生感应电或者碰撞等等，将造成不必要的事故，人身安全无法得到保证。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供了一种采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，一旦斗臂车靠近待检修设备的安全距离，会引起另一端的预警端发出预警音频，显示预警信息；当感应端越过待检修设备的安全距离，将会引起另一端的预警端切断另一端的作业车电路，停止作业车动作，以解决上述背景技术中的问题。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，主要分为两个部分：安全预警装置感应端和安全预警装置预警端，具体内容如下：

所述电磁场安全装置感应端：

安全预警装置感应端由自主设计的基于JW0828芯片的多等级层次电磁场感应电路（以下检测感应电路）、光电转换降频电路、贴片式Lora无线传输模块和STM32型MCU组成，该感应电路能够在复杂的变电站环境和输电线路环境下，对待检修的设备进行安全距离检测。能够满足220kV和500kV电压等级的变电站检修条件，并通过高集成的多等级层次电磁场感应电路使得模块具有较强的可装配性。

其中，层次感应电路由两个JW0828芯片主导电路（JW0828低敏电路和JW0828高敏电路）集成，集成了无线传输和信号处理功能，并且大大缩小了感应端的体积，两者灵敏度不同，并可调节参数改变两者灵敏度。当感应电路在弱电磁场环境下时，JW0828低敏电路和JW0828高敏电路均未产生信号；当感应电路在靠近较强电磁场时（靠近设备安全距离时），JW0828高敏电路会产生4KHz的高频电信号，而此时JW0828低敏电路不会产生信号；当感应电路在靠近强电磁场（越过设备安全距离时），JW0828高敏电路2会产生4KHz的高频电信号，此时JW0828低敏电路也产生4KHz的高频电信号；

对于高频信号的捕捉，采用了光电转换降频电路，通过光电转换降频电路将由感应电路产生的信号进行降频，转为更易被STM32型MCU模块处理的数字电信号；将过光电转换模块将其转为较为容易捕捉的数字电信号，再传入STM32型MCU模块的输入端，即感应电路的输出端与STM32型MCU模块的两个输入引脚相连接；通过STM32型MCU模块处理后的感应电路信息由STM32型MCU模块的两个输出引脚与贴片式Lora模块相连，将电磁场信号传入到电磁场安全装置预警端；

感应电路的供电端和Lora传输模块（ATK-LORA-01无线传输模块）与STM32型MCU模块的5V输出引脚和Gnd引脚相连，STM32型MCU模块由5V可充电供电电场模块供电。

所述线路带电安全检修装置预警端：

安全预警装置预警端主要由天线式Lora信号传输模块（ATK-LORA-01无线传输模块），STM32型MCU模块，Oled显示模块（OLED高清显示屏幕模块），语音芯片模块（DY-SV17语音芯片模块）、继电器模块（继电器控制电路模块）、扬声器模块和5V可充电电池模块；

STM32型MCU模块将接收到的电磁场强度信号进行处理，并控制其他电路部分动作，当感应端进入弱电磁场环境时，低敏感部分和高敏感部分均未动作，通过感应端和预警端的两端STM32型MCU模块处理，预警端STM32型MCU模块产生00信号，OLED高清显示屏幕模块显示待机状态，DY-SV17语音芯片模块和继电器控制电路模块未动作；当感应端进入较强电磁场环境时，通过两端STM32型MCU模块处理，在预警端STM32型MCU模块产生01信号，OLED高清显示屏幕模块显示预警状态，DY-SV17语音芯片模块驱动高清扬声器模块播放预警音频，继电器控制电路模块10未动作；当感应端进入强电磁场环境时，通过两端STM32型MCU模块处理，在预警端STM32型MCU模块产生11信号，OLED高清显示屏幕模块显示报警状态，DY-SV17语音芯片模块驱动高清扬声器模块播放报警音频，继电器控制电路模块动作，切断斗臂车电路，斗臂车停止动作。

其中，ATK-LORA-01无线传输模块用于接收安全预警装置感应端产生的关于电磁场强度的信号，并将其传入STM32型MCU模块，ATK-LORA-01无线传输模块输出端与预警端的STM32型MCU模块输入端相连接；

其中，DY-SV17语音芯片模块通过电路设置控制工作状态，其输入端与STM32型MCU模块的输出端相连，其输出端与高清扬声器模块相连；

其中，OLED高清显示屏幕模块输入端与预警端的STM32型MCU模块输出端相连接；

其中，继电器控制电路模块输入端与预警端的STM32型MCU模块输出端相连接；

具体模块内容如下：

所述电磁场感应模块为基于JW0828芯片自主设计的相关周围电路。

所述的Lora模块采用正点原子ATK-LORA-01和ATK-LORA-02。

所述继电器模块采用1路5V电磁继电器模块。

所述oled屏幕采用0.96寸OLED显示屏幕模块。

所述STM32型MCU模块采用STM32F103C8T6型最小系统板。

所述语音芯片模块采用DY-SV17F智能语音模块。

所述扬声器采用5w的8欧3070长方形全频小喇叭。

各模块功能说明：

1、基于JW0828芯片自主设计的相关周围电路：该电路主要负责感应空间中的电磁场强度，通过设置两组不同的电路参数使得其能对不同强度的电磁场进行感应，并向MCU传递信号，能够在220kV和500kV的输变电状态下正常工作。目前产品感应电检测的距离为3.0m---6.0m左右。

2、Lora模块：将MCU产生的信号通过无线信号进行传输与接受。

3、1路5V电磁继电器模块：当预警端信号变为报警信号时，通过MCU驱动继电器工作，能切断与之相连的设备电路。

4、OLED显示屏幕模块：能够显示感应端的几个状态，如待机，预警和报警。

5、STM32型MCU模块：在感应端能够处理来自基于JW0828芯片自主设计的相关周围电路的信号，将其转化为容易传输的信号，并控制lora模块传输数据。在预警端，能够处理通过Lora接受到的数据，并将其转为各个状态，驱动oled显示模块工作，驱动语音芯片模块工作，控制继电器通断。

6、语音芯片模块：存储有预设好的工作音频（音频可更改），在预警和报警状态时驱动扬声器动作，发出不同的音频提醒工作人员。

7、扬声器部分：其功能主要是播放预设好的报警和预警音频。

本发明专利的有益效果：

（1）通过集成不同灵敏度的近电感应衍生电路、32型MCU处理器和LORA无线传输模块，大大降低了装置体积，使得该装置能在很方便的悬挂或者置于作业车上。

（2）通过衍生的近电感应电路进行调优，使得层次电磁场感应电路模块对检修人员在220kV和500kV变电站或输电线路进行斗臂车等作业车检修时，能进行正常的预警报警，保障检修人员人身安全；

（3）通过Lora无线传输模块可以在变电站内超远距离传输信号，且具有强稳定性，可以满足多种检修场景，让站内工作人员对检修人员安全进行监督；

（4）通过STM32型MCU控制的继电器可选择与检修设备直接相连，在达到报警状态时，控制检修设备通断电，以达到安全提醒作用。

附图说明

图1为采用无线传输的电力设备检修安全预警装置中感应端原理图；

图2为采用无线传输的电力设备检修安全预警装置中预警端原理图；

图3为本发明的联合工作示意图；

图4为感应端感应电路图；

图5为感应端光电降频电路图；

图6为预警端电路图；

图7为感应端程序整体流程图；

图8为预警端程序整体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明，为了使本发明实现的原理功能、创作特征、达成目的与功效易于明白清晰，下面结合具体模块内容与变电站检修演示图，进一步阐述本发明，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请做出一些非本质的改进和调整。

如图一所示，采用无线传输的电力设备检修安全预警装置的感应端，包括Lora无线传输模块5、层次电磁场感应电路（JW0828低敏电路1和JW0828高敏电路2）、5V可充电供电电池模块3和STM32型MCU 模块3；

如图二所示，采用无线传输的电力设备检修安全预警装置的预警端，包括Lora无线传输模块11、5V可充电供电电池模块7、扬声器模块9、OLED高清显示模块12、语音芯片模块8、继电器模块10和STM32型MCU 模块6；

在安全的位置将安全预警装置的感应端和预警端的电源的打开，将感应端稳妥的置于或安装于检修车列如斗臂车的吊篮处，将预警端置于检修车的控制室内，将预警端内置的继电器模块10与控制电路的电源线路相连接，此时可以操作检修车开始正常检修工作。

工作原理及其过程：

以基于斗臂车的220kV高压线路检修报警过程为例：如果某变电站的某高压输电线路需要进行检修，将安全预警装置感应端置于斗臂车吊篮上，将安全预警装置预警端置于驾驶室，并将其与斗臂车升降电路相连接。

斗臂车开始工作，作业人员不断靠近高压电磁场，当斗臂车吊篮进入到距离高压输电线路大于6m时， 层次电磁场感应电路的低敏电路感应到电磁场信号，从JW0828芯片6脚输出低频信号，经三极管（Q1）放大电路放大后输出至LED1，未点亮发光二极管LED1，发光二极管未驱动与其对应的光电转换降频电路，降频电路将该信号转为数字信号0，并该数字信号输入至STM32型MCU的PA9引脚；此时，层次电磁场感应电路的高敏电路感应到电磁场信号，从JW0828芯片6脚输出低频信号，经三极管（Q2）放大电路放大后输出至LED2，并未点发光二极管LED2，发光二极管未能驱动与其对应的光电转换降频电路，降频电路将低频信号转为数字信号0，并该数字信号

输入至STM32型MCU的PA10引脚。预警端Lora接受到感应端00信号时，传入预警端STM32型MCU，MCU控制Oled高清显示屏显示待机状态，语音芯片和继电器均为动作。

当斗臂车吊篮进入到距离高压输电线路4.5-6m时， 层次电磁场感应电路的低敏电路感应到电磁场信号，从JW0828芯片6脚输出4kHz高频信号，经三极管（Q1）放大电路放大后输出至LED1，并通过上拉电阻点亮一个发光二极管LED1，发光二极管驱动与其对应的光电转换降频电路，将高频信号转为数字信号1，并该数字信号输入至STM32型MCU的PA9引脚；此时，层次感应电路的高敏电路未动作，输出数字信号0，传入MCU的PA10引脚，此时感应端的MCU驱动Lora模块将信号传输出去。预警端Lora接受到感应端10信号时，传入预警端STM32型MCU，MCU控制oled高清显示屏显示预警状态，MCU控制语音芯片模块动作，驱动扬声器工作，播放预警音频。

当斗臂车吊篮进入到距离高压输电线路3-4.5m时， 层次电磁场感应电路的低敏电路感应到电磁场信号，从JW0828芯片6脚输出4kHz高频信号，经三极管（Q1）放大电路放大后输出至LED1，并通过上拉电阻点亮一个发光二极管LED1，发光二极管驱动与其对应的光电转换降频电路，将高频信号转为数字信号1，并该数字信号输入至STM32型MCU的PA9引脚；此时，层次电磁场感应电路的高敏电路感应到电磁场信号，从JW0828芯片6脚输出4kHz高频信号，经三极管（Q2）放大电路放大后输出至LED2，并通过上拉电阻点亮一个发光二极管LED2，发光二极管驱动与其对应的光电转换降频电路，将高频信号转为数字信号1，并该数字信号输入至STM32型MCU的PA10引脚。预警端Lora模块接受到感应端11信号时，传入预警端STM32型MCU，MCU控制Oled高清显示屏显示报警状态，MCU控制语音芯片模块动作，驱动扬声器工作，播放报警音频；同时MCU驱动继电器动作，切断斗臂车工作电源。

Claims (9)

1.一种采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，由感应端和预警端构成，其特征在于：包括层次电磁场感应电路模块（JW0828低敏电路和JW0828高敏电路）、继电器模块、5V可充电供电电池模块、ATK-LORA无线传输模块、STM32型MCU模块、OLED高清显示屏幕模块、语音芯片模块和扬声器模块；

在感应端，层次电磁场感应电路的JW0828低敏电路（1）和JW0828高敏电路（2）的输出端分别与STM32型MCU模块（3）的两个输入端电连接，ATK-LORA-02无线传输模块（5）与STM32型MCU模块（3）的一个输出引脚电连接，5V可充电供电电池模块（4）与STM32型MCU模块（3）的供电引脚相连接，并为整个感应端供电；

在预警端，ATK-LORA-01无线传输模块（11）的输出与STM32型MCU模块（6）的输入电连接，STM32型MCU模块（6）的两路输出与OLED高清显示屏幕模块（12 ）相连接，两路输出与语音芯片模块（8）和继电器模块（10）连接，语音芯片模块（8）与扬声器模块（9）相连接，5V可充电供电电源模块（7）与STM32型MCU模块（6）相连接，并为整个预警端供电。

2.根据权利要求1所述的基于无线传输的输变电线路带电安全检修装置，其特征在于：所述LORA无线传输模块采用ATK-LORA-01排针版模块（11）和ATK-LORA-02邮票式模块（5）。

3.根据权利要求1所述的基于无线传输的输变电线路带电安全检修装置，其特征在于：所述层次电磁场感应电路为基于YJ-AM系列近电预警电路所衍生的集成双重灵敏度的电磁场感应电路，包括JW0828芯片及外围电路，构成了JW0828低敏电路（1）和JW0828高敏电路（2），并将产生的电磁场信号，传入STM32型MCU模块（3）中，处理完后由ATK-LORA-02无线传输模块（5）传出。

4.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述继电器模块采用型号为JQC-3FF-S-Z的GDP-1高低电平触发继电器模块（10），在预警端控制电路通断。

5.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述OLED高清显示屏幕模块（12）采用了1.3寸SPI协议OLED显示屏，由预警端STM32型MCU模块（6）的输出引脚控制。

6.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述语音报警模块（8）采用智能语音模块DY-SV17F，其输入端与预警端STM32型MCU模块（6）的输出引脚连接，其输出端与扬声器模块（9）相连接。

7.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述STM32型MCU模块（3）和（6）采用的是STM32F103C8T6最小系统版；在感应端，STM32型MCU模块（3）的两个输入引脚与层次电磁场感应电路的两个输出引脚相连接，其另外的几只输出引脚分别与ATK-LORA-02邮票式模块（5）相连接，其供电引脚与5V可充电供电模块（4）相连接；在预警端，STM32型MCU模块（3）的几个输出引脚分别与OLED高清显示屏幕模块（12）、和继电器控制电路模块（10）和语音芯片模块（8）相连接，其输入引脚与LORA无线传输模块（11）相连接，其供电引脚与5V可充电供电电池模块（7）相连接。

8.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述预警端电池电源模块（7）采用基于IP5306芯片管理的供电电路，并未STM32型MCU模块（6）的供电引脚供电；所述感应端电池电源模块（4）采用14500型锂电池为STM32型MCU模块（3）供电。

9.根据权利要求1所述的采用无线传输的电力设备检修安全预警装置，其特征在于：所述扬声器模块（9）采用5w的8欧3070长方形全频小喇叭，与语音芯片模块（8）相连接。

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