基于人性化操作的屏柜警示裝置設(shè)計(jì)

王育松 聶德志 紀(jì)松旭 吳曉露 王黎錠

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局）

0 引言

多數(shù)電廠或開關(guān)站配電裝置的帶電部分隔離使用簡單的金屬網(wǎng)門加掛機(jī)械鎖模式，工作人員在繁忙的工作狀態(tài)中可能會出現(xiàn)走錯間隔的情況［1］?，F(xiàn)有技術(shù)中的報(bào)警設(shè)備也無法對走錯人員給予提示，安全隱患較大。在此背景下，研究一種開關(guān)屏柜狀態(tài)警示裝置具有必要性，利用其自動播報(bào)功能進(jìn)行開關(guān)屏柜工作狀態(tài)語音提醒，可避免作業(yè)人員誤入間隔。

1 作業(yè)人員誤入帶電間隔原因

電力作業(yè)人員誤入帶電間隔原因總結(jié)有兩種，分別為人為因素和設(shè)備因素［2］。

人為因素：當(dāng)需要檢修某個間隔，就要對其斷電，其它間隔不斷電。但是，由于在工作中作業(yè)人員安全責(zé)任心不強(qiáng)，思想及注意力分散且在操作或工作中監(jiān)護(hù)不到位，未嚴(yán)格按照安全技術(shù)規(guī)范進(jìn)行操作或工作，總是容易走進(jìn)相鄰的帶著電的間隔，這樣就會發(fā)生觸電事故。

設(shè)備因素：設(shè)備標(biāo)示不清、無可靠閉鎖、無安全警示及可靠的隔離措施。目前開關(guān)屏柜過于相似且多，且沒有相關(guān)提示，操作人員在重新返回對應(yīng)間隔時需要確定間隔具體位置，存在走錯開關(guān)屏柜的安全隱患，一旦走錯帶電間隔，后果不堪設(shè)想。

基于此，為了保證工作人員能在離開工作范圍后，重新返回工作間隔時能快速準(zhǔn)確地確定間隔名稱及間隔狀態(tài)，本文研制了一種屏柜狀態(tài)警示裝置，即便操作人員臨時離開工作位置，回來時也能聽到語音播報(bào)且亮燈提示，防止其走錯間隔。不但提高了工作效率，降低工作失誤率，同時該裝置安裝使用簡單方便，能很好地推廣使用。

2 基于人性化操作的屏柜警示裝置構(gòu)成

本項(xiàng)目研制的接近保護(hù)屏柜自動播報(bào)間隔裝置，采用紅外傳感器技術(shù)，結(jié)合時間參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行實(shí)時的語音播報(bào)。顯示燈屏主要由MCU主控電路、顯示電路、聲音報(bào)警電路、復(fù)位電路、485通信電路、鍵盤電路等組成。鍵盤電路主要有測試鍵、消音鍵和確認(rèn)鍵，按鍵安裝在燈屏面板上，測試鍵用于燈屏自檢，消音鍵是當(dāng)工作人員聽到聲音報(bào)警時，查看報(bào)警位置，按消音鍵使聲音報(bào)警停止，按確認(rèn)鍵排除故障。燈屏可根據(jù)不同程序設(shè)定多種顯示方式，裝置背面設(shè)有強(qiáng)力磁貼，能穩(wěn)固地固定在保護(hù)柜間隔上方（也可以根據(jù)實(shí)際情況多種方案固定）［3］。在設(shè)置完成并安裝本裝置后，當(dāng)操作人員暫時離開間隔并重新返回時，可在間隔前短暫停留幾秒鐘，如果是在該間隔工作，裝置則會自動語音播報(bào)并亮燈提醒。短暫停留的目的是為了避免有人經(jīng)過就提醒，并且該裝置可設(shè)置間歇性播放，如3min或5min播放一次警示語，并亮燈提醒，可避免由于長時間播報(bào)使操作人員分心而導(dǎo)致工作失誤等。主控室內(nèi)配有報(bào)警器、語音播放器，保護(hù)屏柜內(nèi)設(shè)有紅外線傳感器和門框壓力傳感器，主控室語音播放器可以與保護(hù)室語音播放器相連接。運(yùn)維檢修人員在巡檢前先于語音播報(bào)系統(tǒng)確定需要巡視的保護(hù)屏柜，一旦運(yùn)維檢修人員誤入其他間隔系統(tǒng)，裝置可以對其進(jìn)行及時制止，防止因誤碰、誤動運(yùn)行設(shè)備而引發(fā)事故。

3 開關(guān)屏柜警示裝置的紅外探測原理

基于人性化操作考慮的開關(guān)屏柜警示裝置主要采用紅外探測原理，紅外探測的背后是紅外熱成像技術(shù)的成熟運(yùn)用。在量子力學(xué)的理論體系中，任何物體在常溫下都會因自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動，產(chǎn)生熱能。運(yùn)動愈劇烈的分子和原子，其對外輻射出的能量就愈大；反之，其輻射的能量就愈?。?］。紅外熱成像技術(shù)最早是應(yīng)用于軍事和科學(xué)探索領(lǐng)域，理論上認(rèn)為，只要溫度高于絕對零度（－273℃）的物體，都會輻射出紅外線，工程師就利用這一特性，將物體發(fā)熱部位產(chǎn)生的輻射功率信號通過光電紅外探測器轉(zhuǎn)換成電信號，最終形成物體相對應(yīng)的熱像圖。目前電力開關(guān)屏柜種類繁多，分布范圍廣，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)檢修壓力較大，引入紅外成像技術(shù)用于電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)探測具有積極意義。紅外成像根據(jù)設(shè)備熱狀態(tài)分布情況判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，給出診斷建議。紅外成像具有不停運(yùn)、不接觸、遠(yuǎn)距離、直觀對設(shè)備熱狀態(tài)進(jìn)行成像的優(yōu)勢，可真實(shí)再現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其溫度分布情況，幫助工作人員診斷設(shè)備狀態(tài)，明確設(shè)備隱患缺陷。目前，在人工智能技術(shù)的輔助下，紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用更為成熟與廣泛，特別是應(yīng)用于開關(guān)屏柜警示裝置設(shè)計(jì)，借助紅外探測技術(shù)給出的準(zhǔn)確反饋，使得電力檢修在不停電的情況下變得自動高效。

4 基于人性化操作的屏柜警示裝置功能設(shè)定

基于人性化操作的屏柜警示裝置是針對電氣操作人員，在實(shí)際操作過程中，為了避免事故的發(fā)生，有針對性地進(jìn)行操作演練，防止帶負(fù)荷分／合隔離開關(guān)，防止誤分／誤合斷路器，防止接地開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，分合斷路器、負(fù)荷開關(guān)，防止在帶電時誤合接地開關(guān)，防止誤入帶電室。在操作演練過程中，錯誤操作時會有聲光提示，讓操作人員能更直觀、簡潔、方便地知道錯誤發(fā)生的位置／步驟，及時糾正，該裝置主要有四大功能設(shè)定［5］。

4.1 溫濕度控制單元

該單元是針對各種電氣開關(guān)柜內(nèi)部自動化控溫、除濕而設(shè)計(jì)開發(fā)的一種自動化儀表，對溫度過高、過低引起的各種元件使用壽命縮短或由于濕度過高而引起的爬電、閃絡(luò)事故等各種故障能有效地監(jiān)測和預(yù)防。裝置實(shí)時檢測環(huán)境的溫濕度，自動啟動和停止柜內(nèi)加熱器，以調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度，且具備判斷檢測加熱器回路斷線報(bào)警功能。

4.2 高壓帶電顯示單元

該單元適用于額定電壓為3～35kV、額定頻率為50Hz的系統(tǒng)上，可與各類高低壓開關(guān)柜配套，也可以直接與隔離開關(guān)、接地開關(guān)配套，組成具有帶電顯示裝置功能的組合式高壓元件。高壓帶電顯示單元既能反映回路帶電狀況，又可與電磁鎖配合，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制閉鎖開關(guān)手柄、閥門等，還可將三相帶電的情況通訊給后臺主機(jī)，增強(qiáng)了其智能化和自動化程度。帶電顯示與強(qiáng)制閉鎖回路受同一高壓信號控制，但電路系統(tǒng)又相互獨(dú)立，互不干擾。在高壓A、B、C三相均無運(yùn)行電壓時，閉鎖部分才解鎖；當(dāng)A、B、C三相任意一相有運(yùn)行電壓時，閉鎖部分都會可靠閉鎖。

4.3 語音播報(bào)提示單元

基于人性化操作的屏柜警示裝置主控室內(nèi)有主控室報(bào)警器、語音播話器，保護(hù)室內(nèi)則設(shè)有紅外線傳感器、門框壓力傳感器、邏輯處理器。上述傳感器、播話器、處理器有效連接。當(dāng)紅外線傳感器感應(yīng)到運(yùn)維檢修人員打開保護(hù)屏柜柜門時，及時發(fā)出信號輸送到邏輯處理器中，邏輯處理器輸入端加以運(yùn)算。此時，安裝于保護(hù)屏柜柜門把手上的壓力傳感器接收到信息并給出反饋指令，一旦運(yùn)維檢修人員碰觸柜門把手，感應(yīng)信號迅速反饋到邏輯處理器輸入端加以運(yùn)算，并及時與語音播報(bào)系統(tǒng)中需要巡視的保護(hù)柜對比。如果對比一致，邏輯處理器輸出端不傳送啟動指令；如果對比不一致，邏輯處理器傳送啟動指令，并啟動主控室的報(bào)警器和室內(nèi)報(bào)警器。通過報(bào)警提示運(yùn)維人員及時停止操作，這種語音提示系統(tǒng)運(yùn)行簡單，使用方便，運(yùn)維人員在巡檢前只需要在語音播報(bào)系統(tǒng)中確定需要巡視的保護(hù)屏柜。一旦運(yùn)維檢修人員走錯間隔，系統(tǒng)自動發(fā)出提示并制止其行為，可避免因誤碰誤動運(yùn)行設(shè)備而引發(fā)事故，同時督促運(yùn)維檢修人員規(guī)范操作。

4.4 智能操控及模擬顯示單元

該單元適用于中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關(guān)柜，能夠完全取代現(xiàn)有的一次回路模擬圖、斷路器分合閘狀態(tài)指示、接地開關(guān)指示及彈簧儲能指示等。除可顯示開關(guān)分合狀態(tài)外，還可判斷開關(guān)小車是否處于試驗(yàn)位置或工作位置，并進(jìn)行顯示。

5 基于人性化操作的屏柜警示裝置應(yīng)用效益

某供電局為防止作業(yè)人員誤入間隔，研發(fā)并推廣基于人性化操作的屏柜警示裝置。在開關(guān)屏柜側(cè)面定制機(jī)組號碼，多角度、多方位防止作業(yè)人員走錯間隔。當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)入間隔，屏柜警示裝置發(fā)出聲光控制指令，信號控制中心識別需要進(jìn)行操作的開關(guān)屏柜。信號終端獲取聲光控制指令后，發(fā)出指示燈亮的指令，并給出語音信號。當(dāng)工作人員打開開關(guān)屏柜門后，信號終端控制揚(yáng)聲器給出相應(yīng)的語音信號。如某某開關(guān)柜允許／禁止操作，開關(guān)屏柜頂部的指示燈發(fā)出紅色信號，提醒作業(yè)人員此為非操作間隔，如果發(fā)出綠色信號，表示該間隔為待操作間隔，通過智能提示、語音播報(bào)，防止作業(yè)人員走錯間隔。在運(yùn)維結(jié)束后，所有開關(guān)屏柜轉(zhuǎn)變?yōu)榻共僮鳡顟B(tài)。基于人性化操作的屏柜警示裝置借助紅綠燈光、語音播報(bào)使得運(yùn)維人員能快速識別間隔，提高操作的規(guī)范性與安全性。

開關(guān)柜智能操控裝置JZY-KG功能強(qiáng)大，用于3～35kV戶內(nèi)開關(guān)柜，適用于中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關(guān)柜，可取代傳統(tǒng)開關(guān)柜的一次回路模擬、帶電顯示器、自動加熱除濕控制器、斷路器分合閘按鈕等元件，具備了斷路器分合閘狀態(tài)指示、儲能指示、接地開關(guān)指示、手車位置指示、智能語言防誤提示等功能。開關(guān)柜智能操顯裝置是針對目前中壓系統(tǒng)開關(guān)技術(shù)發(fā)展而開發(fā)設(shè)計(jì)的一種多功能智能化開關(guān)模擬綜合動態(tài)指示裝置，主要應(yīng)用于電壓等級為0.1～40.5kV的各種戶內(nèi)開關(guān)柜。產(chǎn)品集中指示一次回路模擬狀態(tài)、手車位置、隔離刀位置、接地刀位置、開關(guān)狀態(tài)、操作機(jī)構(gòu)儲能狀態(tài)；帶有高壓帶電指示、帶電閉鎖輸出、自動加熱除濕、實(shí)時數(shù)字顯示溫濕度值及加熱器故障監(jiān)測、超高溫報(bào)警并強(qiáng)制停止加熱、智能語音防誤提示、紅外人體感應(yīng)、柜內(nèi)電氣接點(diǎn)在線測溫、RS485通信接口等多種功能，簡化了開關(guān)柜面板設(shè)計(jì)，美化了部局，完善了開關(guān)狀態(tài)指示功能和安全性能。該裝置能監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、保障變電設(shè)備的可靠運(yùn)行，分析并改進(jìn)電能質(zhì)量參數(shù)，確保電能質(zhì)量滿足用電設(shè)備安全需求。通過數(shù)據(jù)分析設(shè)備參數(shù)，優(yōu)化電氣資產(chǎn)配置，支持本地化及云化部署，具有靈活可擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)，支持多用戶訪問，使用戶數(shù)據(jù)安全隔離。

6 結(jié)束語

基于人性化操作的屏柜警示裝置同時具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長、體積小、實(shí)用性高、多路擴(kuò)展性能強(qiáng)、安裝方便等特點(diǎn)。能夠?qū)崟r有效地對開關(guān)屏及關(guān)聯(lián)設(shè)備各種異常情況進(jìn)行監(jiān)測并及時報(bào)警，為電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供有力保障，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場前景。