張湧峰 鄭海良 魯強(qiáng)宇

（余姚市宏宇輸變電工程有限公司，浙江寧波315400）

0 引言

人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時(shí)，極有可能發(fā)生人身傷亡事故，所以，高壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)常布置安全防護(hù)設(shè)施對(duì)工作人員及行人進(jìn)行警示，并派安全監(jiān)護(hù)人員對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行專責(zé)警戒。實(shí)際操作中，現(xiàn)有安全防護(hù)措施存在以下重要問(wèn)題：（1）安全防護(hù)設(shè)施一般為安全圍網(wǎng)、安全警示帶甚至簡(jiǎn)易的繩子，一旦有人擅自移動(dòng)或越過(guò)安全隔離設(shè)施后，就可能發(fā)生觸電事故；（2）對(duì)于復(fù)雜、監(jiān)護(hù)難度大的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，由于受試驗(yàn)設(shè)備的遮擋，很容易出現(xiàn)監(jiān)護(hù)盲區(qū)，非高壓試驗(yàn)人員仍可能誤入加壓區(qū)域；（3）試驗(yàn)加壓前由于呼唱不到位，加壓人員在接線人員未撤退到安全設(shè)施以外便開(kāi)始加壓，導(dǎo)致工作人員出現(xiàn)人身傷亡。可見(jiàn)，現(xiàn)有的物防配合人防的安全隔離方式，高度依賴現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全意識(shí)，防護(hù)較被動(dòng)且效果不夠明顯。

因此，對(duì)傳統(tǒng)圍欄進(jìn)行功能升級(jí)，研制出一種變被動(dòng)保護(hù)為主動(dòng)保護(hù)，當(dāng)有人員侵入或工作人員未撤離危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)既能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，又能切斷電源，從根本上消除潛在危險(xiǎn)的智能防護(hù)系統(tǒng)有重要意義。另外，考慮到現(xiàn)場(chǎng)高壓設(shè)備的電壓、電流，環(huán)境的溫濕度均需要攜帶單獨(dú)的儀表分別測(cè)量，自動(dòng)化程度低，若在防護(hù)系統(tǒng)單一隔離功能的基礎(chǔ)上集成其他參數(shù)測(cè)量功能，將大大提升試驗(yàn)效率。

1 系統(tǒng)防護(hù)原理

針對(duì)現(xiàn)有安全防護(hù)措施主動(dòng)性差的缺點(diǎn)，系統(tǒng)采用了主動(dòng)紅外入侵探測(cè)技術(shù)及無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)。前者用來(lái)防護(hù)侵入高壓危險(xiǎn)區(qū)域人員，后者用來(lái)探測(cè)滯留在高壓危險(xiǎn)區(qū)的接線人員。

1.1 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)原理

主動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器又叫紅外對(duì)射，其原理是利用紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外射線，經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡做聚焦處理，使光線傳至很遠(yuǎn)的距離，最后光線由接收端的光敏晶體管接收。紅外對(duì)射裝置總是成對(duì)使用，分別用來(lái)發(fā)射和接收紅外線，對(duì)射裝置間形成一道隱形的防護(hù)界限，當(dāng)有物體通過(guò)界限，紅外光束被遮斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)驅(qū)動(dòng)警戒裝置發(fā)出警報(bào)（圖1）。該探測(cè)技術(shù)不僅可以應(yīng)用在室內(nèi)，也可應(yīng)用在露天場(chǎng)合，因此特別適用于各種高壓試驗(yàn)場(chǎng)合。

圖1 主動(dòng)式紅外探測(cè)原理

紅外對(duì)射采用的紅外線為不可見(jiàn)光，為了讓警示效果更加明顯，紅外對(duì)射裝置被設(shè)置在普通安全圍欄柱上，構(gòu)成紅外柵欄。本系統(tǒng)中所采用的紅外對(duì)射裝置警戒距離為3級(jí)可調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況靈活增減紅外柵欄數(shù)目。

1.2 無(wú)線射頻識(shí)別原理

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種基于無(wú)線電通信的非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，RFID系統(tǒng)可以在不接觸、非視距的條件下快速識(shí)別一個(gè)或多個(gè)待識(shí)別目標(biāo)。由于其具有眾多優(yōu)點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)生活的方方面面。

RFID系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽、閱讀器、應(yīng)用管理系統(tǒng)，其中電子標(biāo)簽上存儲(chǔ)了待識(shí)別目標(biāo)的身份信息。系統(tǒng)工作時(shí)，閱讀器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向電子標(biāo)簽發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的識(shí)別范圍后，通過(guò)內(nèi)部電源或是感應(yīng)信號(hào)能量驅(qū)動(dòng)內(nèi)部電路，使其通過(guò)無(wú)線電波向閱讀器發(fā)送所存儲(chǔ)的目標(biāo)信息，閱讀器可通過(guò)通信接口將信息發(fā)送給應(yīng)用管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（圖2）。電子標(biāo)簽和閱讀器內(nèi)均設(shè)置了天線，天線是兩者實(shí)現(xiàn)通信的橋梁。

圖2 無(wú)線射頻識(shí)別原理

本智能多功能防護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)不同電壓等級(jí)下實(shí)際的安全距離，為閱讀器設(shè)定不同的工作頻率，保證閱讀器的識(shí)別范圍與高壓危險(xiǎn)區(qū)域相匹配。將閱讀器放置在高壓設(shè)備上，當(dāng)佩戴電子標(biāo)簽的接線人員進(jìn)入高壓區(qū)域或未撤離到安全距離以外時(shí)，閱讀器將收到電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的身份信息發(fā)送給控制模塊，使其控制接觸器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)電源斷電或是不能合閘，并在顯示器上給出“工作人員在危險(xiǎn)區(qū)域！”的提示，警告加壓人員，保證接線人員的生命安全。

2 智能多功能防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能多功能防護(hù)系統(tǒng)由控制模塊、紅外柵欄、RFID組件、聲光報(bào)警器、接觸器、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元、顯示器、電源模塊組成（圖3）?？刂颇K是整個(gè)防護(hù)系統(tǒng)的控制核心，其信號(hào)輸入端與紅外柵欄、RFID組件、電壓電流采集單元、溫濕度采集單元連接，信號(hào)輸出端與接觸器、聲光報(bào)警器、顯示器相連。

紅外入侵探測(cè)信號(hào)及無(wú)線射頻識(shí)別信號(hào)以邏輯或的關(guān)系輸入到控制模塊。當(dāng)有人員越過(guò)安全圍欄時(shí)，紅外柵欄上的紅外光束被阻斷，這一變化經(jīng)分析處理后傳送至控制模塊，控制模塊發(fā)出指令控制聲光報(bào)警器，使其在視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)上給侵入人員提醒發(fā)出警報(bào)，并使接觸器動(dòng)作，切斷試驗(yàn)電源。當(dāng)佩戴電子標(biāo)簽的接線人員在加壓人員未斷電的情況下進(jìn)入高壓危險(xiǎn)區(qū)變更接線，或是接線完成后未及時(shí)退出到安全距離以外時(shí)，閱讀器能探測(cè)到電子標(biāo)簽的信息，并將信息傳給控制模塊，控制模塊發(fā)出指令使接觸器斷電，并通過(guò)顯示器通知加壓人員。

圖3 智能多功能防護(hù)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖

電壓電流采集單元、溫濕度采集單元用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)線路電壓和電流參數(shù)及環(huán)境溫濕度參數(shù)的采集，采集結(jié)果通過(guò)顯示器呈現(xiàn)給現(xiàn)場(chǎng)工作人員。

電源模塊為系統(tǒng)中各部分的能量來(lái)源，其采用大容量鋰電池供電，功率達(dá)500 Wh，有交直流兩種輸出可供選擇，現(xiàn)場(chǎng)找不到合適的電源時(shí)，其還可為其他設(shè)備供電。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的智能多功能防護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)有人員侵入或工作人員在高壓危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，可以主動(dòng)發(fā)出警報(bào)并及時(shí)斷電，變被動(dòng)保護(hù)為主動(dòng)保護(hù)，從根本上消除潛在危險(xiǎn)；可省去專責(zé)監(jiān)護(hù)任務(wù)，不僅能提高工作人員的試驗(yàn)效率，還可減少工作人員數(shù)量，間接降低試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本；將電壓、電流、溫濕度、時(shí)間及高壓電源的通斷顯示等與高壓隔離防護(hù)系統(tǒng)集成到一起，省去攜帶多種儀器的不便，避免了某種儀器忘帶造成的不便，并節(jié)省了執(zhí)行多種測(cè)量的時(shí)間，提高了工作效率。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中口碑良好，具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。