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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。