CN211318645U - 一种高压智能预警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高压智能预警装置，旨在解决大型工程机械在高压输电线和高压配电装置周围作业的安全问题，杜绝现场施工引起的触电事故。其包括终端装置和报警装置，所述终端装置包括传感器、与传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路，所述数字处理电路的输出端与报警装置连接。终端装置负责实时采集当前电场强度并将数据传输给报警装置；报警装置可警告驾驶员及现场其他人员工程机械已进入危险区域。
Description
技术领域
本实用新型属于电力防护技术领域，具体涉及一种高压智能预警装置。
背景技术
随着我国逐渐加快的城市化进程，各类基础设施建设进一步增速，机械化施工程度也越来越高，对于运行中的输电线路来说，外力风险源成倍增加，高压输电线路附近大型机械作业触电事故发生较为频繁，电网的安全运行面临着严峻的考验。
高压架空输电线路分布范围广，总量规模大，目前全国35kV及以上高压输电线路总长达150万公里，且每年仍以6％左右的速度迅速增长；工程作业施工时，不可避免的要在输电线路侧面及下方进行安装、吊运作业。
在高压输电线和高压配电装置周围存在强大的电场，处在此电场内的导体会因静电感应而出现感应电压。当大型工程机械在高压线电缆下作业时，整个车身都是电的良导体，并且因车身不同部位与场源距离不同，所感应的场强电压亦不相同。
若要保证现场工作人员的安全，必须使大型工程机械设备与高压输电线之间保持一定的安全距离，避免意外事故的发生，而目前主要是靠目测估算设备吊臂与高压线的安全距离，这种测距方式通常会存在较大误差，是现场工作的潜在危险源。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种高压智能预警装置，旨在解决大型工程机械在高压输电线和高压配电装置周围作业的安全问题，杜绝现场施工引起的触电事故。
本实用新型的技术解决方案是：
一种高压智能预警装置，其特殊之处在于：包括终端装置和报警装置，所述终端装置包括传感器、与传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路，所述数字处理电路的输出端与报警装置连接。
具体的，所述传感器采用导体。更具体的，可以采用铜箔或者铝箔或者金箔或者银箔或者铁箔或者其他在电场中可以产生感应电压的材质。
由于终端装置一般安装在大型工程机械中离高压线路最近的部位，而报警装置距离驾驶员及现场其他施工人员越近越好，优选的，采用无线方式连接终端装置和报警装置。具体的，所述终端装置还包括无线发射模块，所述数字处理电路的输出端与无线发射模块连接；所述报警装置包括依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器，所述无线接收模块接收无线发射模块的信号。
优选的，所述终端装置还包括外壳，所述外壳内设置有传感器、滤波电路、采样量化电路、数字处理电路。
优选地，所述终端装置的外壳的其中一面设置有强力磁铁，便于拆装。
优选的，所述终端装置的外壳上还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板给滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块供电。
优选的，所述数字处理电路和/或MPU单元采用STM32F103C8T6芯片。
优选的，所述无线发射模块和/或无线接收模块用NB-IOT模块BC20。
本实用新型的优点是：(1)本实用新型的终端装置负责实时采集当前电场强度并将数据传输给报警装置；报警装置可警告驾驶员及现场其他人员工程机械已进入危险区域。(2)通过无线方式传输信号，便于近距离提示工作人员。 (3)终端装置采用磁吸安装方式，便于频繁拆卸。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例的原理图；
图2为滤波电路示意图；
图3为采样量化电路示意图；
图4为数字处理电路示意图；
图5为无线发射模块及其外围电路示意图；
图6为功率放大器电路示意图。
具体实施方式
本实用新型的设计思路是：作业区的场强分布通常非常复杂，受导线分裂数、电压等级、地理环境、天气等因素影响，大型机械上的某点场强和该点到场源的距离是非线性相关的，但总体上离场源越近电场越强。因此在工程车辆最容易接近高压导线的部位(如吊车的吊臂最前端)安装终端装置，利用电场感应原理，将电场信号通过滤波、采样量化转化为数字信号，一旦终端装置判断当前场强超过事先标定的预警值，终端装置将报警信息发送给报警装置，报警装置提示工作人员；如果终端装置判断当前场强没有超出预警值，则发送安全信号或者警报解除信号给报警装置。
下面结合附图1-图6，对本实用新型的实施方式进行解释。
一种高压智能预警装置，包括终端装置和报警装置两部分，由于终端装置一般安装在大型工程机械中离高压线路最近的部位，而报警装置距离驾驶员及现场其他施工人员越近越好，优选的，采用无线方式连接终端装置和报警装置。终端装置负责实时采集当前电场强度并通过无线信号将数据传输给报警装置；报警装置具备爆闪报警功能，可放置于大型工程机械驾驶室内，警告驾驶员及现场其他人员工程机械已进入危险区域。
具体的，终端装置包括传感器、与传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块。所述报警装置包括依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器，所述无线接收模块接收无线发射模块的信号。通常报警器需要功率放大器电路来驱动，因此，MPU单元与报警器之间还连接有功率放大器电路。
根据导体在电场中可以产生感应电压的原理，传感器采用导体，例如可以采用铜箔或者铝箔或者金箔或者银箔或者铁箔或者其他在电场中可以产生感应电压的材质，优选45mm*8mm*0.1mm的铜箔。
终端装置还包括外壳，所述外壳内设置有传感器、滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块，可以有效保护内部的电路结构。
终端装置因安装拆除频繁，优选地，外壳的其中一面(一般选外壳的底部) 设置有强力磁铁，例如铷磁铁，可吸附于大型工程机械易于接近高压线的部位，吸力大固定效果好，拆装方便。
优选的，所述终端装置的外壳上还固定有太阳能电池板，更优选的，集成4 片太阳能板，可以任意角度在阳光下为内置蓄电池充电。所述太阳能电池板给滤波电路、采样量化电路、数字处理电路、无线发射模块供电。
传感器采集到的信号接入滤波电路，实现对采集信号的滤波处理。具体的，如图2，滤波电路采用芯片OPA2131，芯片OPA2131的引脚1作为滤波电路的信号输出端，芯片OPA2131的引脚2依次通过电阻R15、电阻R16、电容C19与传感器电连接，芯片OPA2131的引脚3接地，芯片OPA2131的引脚4接VOP-，芯片OPA2131的引脚4还通过电容C18接地，芯片OPA2131的引脚8接VOP+，芯片OPA2131的引脚8还通过电容C16接地，芯片OPA2131的其他引脚悬空，电阻R16与电容C19连接的一端还通过电阻R18接地，电阻R15与电阻R16连接的一端还通过电容C28接地，电阻R17和电容C29串联后跨接在电阻R15的两端，电阻R17与电容C29连接的一端与芯片OPA2131的引脚1连接。
滤波电路的信号输出端连接采样量化电路，采样量化电路中可以采用现有技术中的模数转换芯片及芯片厂家推荐的外围电路，例如，采用ADS1220IPWR 作为模数转换芯片，采样量化电路具体电路如图3所示，模数转换芯片的第8 端口通过电容C9接模拟地AGND，模数转换芯片的第8端口通过电阻R5接-2.5v，模数转换芯片的第9端口通过电容C10接模拟地AGND，模数转换芯片的第9端口通过电阻R6接+2.5v，模数转换芯片的第8端和第9端口之间通过电容C6连接，模数转换芯片的第1端口、第14端口、第15端口、第16端口作为信号输出端口连接至数字处理电路，模数转换芯片的第3端口和第4端口接GND，模数转换芯片的第5端口通过电容C2接模拟地AGND，模数转换芯片的第5端口同时接-2.5v，电容C2接模拟地AGND的一端依次通过电容C4、电容C7、电容C11 接AGND，电容C4与电容C7连接的一端接至模数转换芯片的第6端口，电容C7 与电容C11连接的一端接至模数转换芯片的第7端口，模数转换芯片的第2端口通过电阻R1(47欧姆)连接STM32F103C8T6芯片的PA1端口，模数转换芯片的第13端口接+3.3V电压，模数转换芯片的第13端口同时通过C1接GND，模数转换芯片的第12端口接+2.5V电压，模数转换芯片的第12端口同时通过C3 接模拟地AGND，模数转换芯片的第11端口通过电阻R3连接滤波电路的输出端，电阻R3与模数转换芯片的第11端口连接的一端通过电容C5接模拟地AGND，电阻R3与模数转换芯片的第11端口连接的一端还依次通过电容C8、电容C12接模拟地AGND，电容C12与电阻R7并联；电容C8与电容C12连接的一端与模数转换芯片的第10端口连接。
数字处理电路采用STM32F103C8T6芯片，判断采样量化电路输出的数字信号是否超出预定值，如果超出预定值，则发送报警信号并通过无线发射模块发至报警装置，如果没有超出预定值，则发送安全信号或者警报解除信号，该判断过程虽由软件编程实现，但现有技术中有大量的判断软件共参考，本领域技术人员无需花费创造性劳动即可实现该判断功能，数字处理电路的具体连接方式如图4所示，STM32F103C8T6芯片的第5、6端口接晶振电路，具体的， STM32F103C8T6芯片的第5、6端口之间接8M的晶振，STM32F103C8T6芯片的第 5端口还通过电容C37接地，STM32F103C8T6芯片的第6端口还通过电容C38接地，第8、9端口接滤波整流电路，具体的，第8端口接模拟地，第8端口还通过电感L2接GND，第9端口通过电感L1接VCC，电容C31和电容C35并联后跨接在第8端口和第9端口之间，电容C40和电容C39并联后跨接在电感L2接GND 的一端与电感L1接VCC的一端之间，第1端口、第48端口、第36端口、第24 端口分别接VCC，第47端口、第35端口、第23端口接地，第35-36端口之间连接电容C34，第23-24端口之间连接电容C33，第47-48端口之间连接电容C32，第14-17端口连接采样量化电路的信号输出端口， STM32F103C8T6芯片的30、31端口作为信号输出端连接至无线发射模块，将数字信号转为无线信号。VCC为3.3V。
无线发射模块发送安全指令、报警指令、警报解除等指令。无线接收模块接收安全指令、报警指令、警报解除等指令。无线发射模块和无限接收模块均选用NB-IOT BC20芯片，该芯片的外围电路可采用芯片厂家推荐的电路，如图5 所示。STM32F103C8T6芯片的31端口、30端口分别连接芯片TXS0102DCTSSOP8 的第8引脚、第1引脚，芯片TXS0102DCTSSOP8及外围电路实现电压的转换，由3.3v转换为1.8v，具体的，芯片TXS0102DCTSSOP8的第3引脚和第2引脚之间连接有电容C55，芯片TXS0102DCTSSOP8的第2引脚接GND，芯片TXS0102DCTSSOP8的第7引脚接NB-IOT BC20芯片的第50、51端口，芯片 TXS0102DCTSSOP8的第7引脚通过电容C56接GND，芯片TXS0102DCTSSOP8的第 3引脚、第6引脚均接NB-IOT BC20的43端口，芯片TXS0102DCTSSOP8的第6 引脚通过电阻R54接GND，芯片TXS0102DCTSSOP8的第5引脚和第4引脚分别与 NB-IOT BC20芯片的33、34引脚。NB-IOT BC20芯片不仅具有无线发射功能，还可选择通过窄带物联网技术为相关责任人推送报警信息。NB-IOT BC20芯片的47端口依次通过红色led、电阻R51接芯片TXS0102DCTSSOP8的第6引脚，NB-IOT BC20芯片的14、27、31、40、42、44、45、48、49端口均接GND。
报警装置的MPU单元可以采用与终端装置的数字处理电路同样的 STM32F103C8T6芯片以及外围电路，通过烧写不同的软件切换实现不同的功能，这样可以减少生产过程中的库存多样化的问题，实现一板多用的功能。报警装置的MPU单元中烧写的软件是分析无线接收模块接收到的指令是什么，如果是报警指令，通过STM32F103C8T6芯片的第29引脚向图6中功率放大电路传递报警信号，实现信号的放大，驱动声光报警器，如果是安全指令或者警报解除指令，则不向功率放大电路传递信号，该软件部分无需本领域技术人员花费创造性劳动，借鉴现有软件即可实现。
图6中功率放大电路采用芯片TDA2003，也可采用其他驱动声光报警器的电路，芯片TDA2003的第1引脚通过电容C68接MPU单元(STM32F103C8T6芯片) 的第29引脚，芯片TDA2003的第1引脚通过电阻R60接地，并通过电容C67接地，芯片TDA2003的第4引脚依次通过电阻R66、电阻R67接地，芯片TDA2003 的第4引脚通过电容C62接声光报警器的输入引脚，电容C62接声光报警器的输入引脚的一端还依次通过电容C63、电阻R68接地，芯片TDA2003的第4引脚还依次通过电容C61、电阻R65接芯片TDA2003的第2引脚，芯片TDA2003的第 3引脚接地，芯片TDA2003的第5引脚通过电容C69接地，电容C69与电容C60 并联，芯片TDA2003的第5引脚接PWR+(12V+)。
对于不同电压等级的输电线路，避免放电发生的安全距离是不同的详见下表：
因此，大型工程机械吊臂等部位接近事先标定的报警距离时(必须大于上表总结的垂直最大安全距离+2米)，装置进行声光报警提醒驾驶员以及现场的其他施工人员。
本实用新型可应用在输电线路、变电站附近施工的大型工程机械，实时监测大型工程机械周围电场强度，当超限作业时在现场通过声光报警及时通知驾驶员及现场其他人员，使驾驶员及现场人员都能及时响应预警信息，立刻停止作业，防止事故发生，并可选择通过窄带物联网技术为相关责任人推送报警信息，相关人员对现场违章操作进行制止，保证电力设施安全及驾驶员生命财产安全。
Claims (8)
1.一种高压智能预警装置，其特征在于:包括终端装置和报警装置，所述终端装置包括传感器、与传感器依次电连接的滤波电路、采样量化电路、数字处理电路，所述数字处理电路的输出端与报警装置连接，所述传感器采用导体。
2.根据权利要求1所述的高压智能预警装置，其特征在于:所述传感器采用铜箔或者铝箔或者金箔或者银箔或者铁箔。
3.根据权利要求1或2所述的高压智能预警装置，其特征在于:所述终端装置还包括无线发射模块，所述数字处理电路的输出端与无线发射模块连接；所述报警装置包括依次电连接的无线接收模块、MPU单元和报警器，所述无线接收模块接收无线发射模块的信号。
4.根据权利要求3所述的高压智能预警装置，其特征在于，所述终端装置还包括外壳，所述外壳内设置有传感器、滤波电路、采样量化电路、数字处理电路。
5.根据权利要求4所述的高压智能预警装置，其特征在于，所述终端装置的外壳的其中一面设置有强力磁铁。
6.根据权利要求5所述的高压智能预警装置，其特征在于，所述终端装置的外壳上还固定有太阳能电池板，所述太阳能电池板给滤波电路、采样量化电路、数字处理电路供电。
7.根据权利要求3所述的高压智能预警装置，其特征在于，所述数字处理电路和/或MPU单元采用STM32F103C8T6芯片。
8.根据权利要求3所述的高压智能预警装置，其特征在于，所述无线发射模块和/或无线接收模块用NB-IOT BC20。
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