葉欣欣，劉衛(wèi)明

（國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司 科學(xué)研究院 ，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

本文設(shè)計一款基于單片機(jī)控制的特高壓帶電作業(yè)近電報警裝置，該裝置有多個可調(diào)節(jié)的工作擋位，可以根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)的擋位。同時該裝置有著便于攜帶、安裝簡單，感應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點。

1 背景技術(shù)

人體處于特高壓輸電線路附近時，輸電線路附近所產(chǎn)生的交變電磁場將在人體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其中當(dāng)人處于輸電線路下方時所接受到的電磁場強(qiáng)度最大，在人體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大。當(dāng)感應(yīng)電流超過人體承受的極限值后，人體會在電磁場的作用下瞬間產(chǎn)生大量的熱量，大量的熱會對人體神經(jīng)細(xì)胞組織造成刺激或損傷，影響人體健康。電力人員在特高電壓環(huán)境下工作時常常需要佩戴近電報警器，當(dāng)佩戴人員誤入帶電區(qū)域時，近電報警裝置可以在不接觸帶電體情況下利用電磁感應(yīng)檢測輸電線附近的感應(yīng)電壓，當(dāng)電壓值超過人體所能承受的極限時裝置將發(fā)出連續(xù)的警報聲提醒人員注意危險及時撤離危險區(qū)域，從而實現(xiàn)預(yù)防直接觸電與跨步電壓觸電的功能，減少觸電傷亡事故的發(fā)生。

常見的近電報警器有可穿戴的手表式以及安全帽內(nèi)置式兩種方式，這兩種近電報警器在實際應(yīng)用中存在著許多問題：①手表式近電報警器，只能設(shè)置單閾值，不適用于多電壓等級的報警；②安全帽內(nèi)置式報警器采用工業(yè)雙面膠粘貼在安全帽上，雙面膠不可重復(fù)使用，每次拆裝都需要重新粘貼；③現(xiàn)有報警器僅適用電壓等級為220kV及以下，220kV以上電壓等級沒有匹配的便攜式近電報警器。

2 總體方案

針對現(xiàn)有近電報警器工作模式單一、佩戴方式繁瑣及適用范圍小的缺點，本文設(shè)計了一種適用于特高壓帶電作業(yè)且可以分級報警的便攜式特高壓近電報警器。

特高壓帶電作業(yè)報警器硬件設(shè)計示意圖如圖1所示，主要的組成部件有：感應(yīng)模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、電源電路、報警模塊；感應(yīng)模塊可以交變磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電壓轉(zhuǎn)換模塊將感應(yīng)到的交變電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出到單片機(jī)A/D端口，單片機(jī)將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后開始計算分析并作出相應(yīng)的輸出，報警模塊連接蜂鳴器，使單片機(jī)輸出到蜂鳴器。當(dāng)接近高壓帶電區(qū)域時，感應(yīng)模塊在高壓交變電磁場中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，距離高壓帶電體越近感應(yīng)電流則越大，將感應(yīng)電流經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換為電壓后通過A/D采樣進(jìn)入單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)和內(nèi)部設(shè)定閾值比較，當(dāng)感應(yīng)電壓大于閾值時單片機(jī)輸出值到報警模塊進(jìn)行報警；通過接入感應(yīng)模塊芯片不同阻值的電阻，實現(xiàn)切換不同電壓等級的報警。

圖1 報警器硬件設(shè)計圖Fig.1 Hardware design diagram of the alarm

3 工作原理

根據(jù)現(xiàn)場不同的電壓等級（500kV，750kV，1000kV）， 選擇適合的檔位，不同的檔位連接不同的匹配電阻。使用前，先將檔位開關(guān)撥至符合現(xiàn)場電壓等級的檔位，再打開電源開關(guān)，聽到三聲“嘟、嘟、嘟”，表示自檢功能正常，該產(chǎn)品可正常使用，方可進(jìn)入高壓區(qū)域作業(yè)。近電報警器背面采用別針式胸牌夾具，佩戴在衣服部位。當(dāng)高壓帶電區(qū)域交變磁場穿過感應(yīng)模塊時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在感應(yīng)模塊內(nèi)將會產(chǎn)生感應(yīng)電流。在工頻電場中，不同電壓等級的交流電產(chǎn)生的交變磁場強(qiáng)度不同，感應(yīng)模塊在不同電壓等級的交變電磁場中將感應(yīng)產(chǎn)生不同的感應(yīng)電流，通過該電壓等級下的電阻轉(zhuǎn)換為不同的感應(yīng)電壓；經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入單片機(jī)輸入端口，經(jīng)過計算后和設(shè)定閾值比較，同一交變磁場中與帶電體的距離不同產(chǎn)出的感應(yīng)電流也不同，距離越近。磁場越強(qiáng)，感應(yīng)電流越大，感應(yīng)電壓越大。當(dāng)感應(yīng)電壓大于該電壓等級的安全閾值時單片機(jī)輸出端口發(fā)出一段高頻率的脈沖至無源蜂鳴器端口，使蜂鳴器發(fā)出報警，感應(yīng)電壓越高，脈沖頻率越高，警報聲越刺耳，整機(jī)電路原理圖如圖2所示。近電報警器發(fā)出連續(xù)的警報聲以提醒人員注意危險及時撤離危險區(qū)域，說明交變電磁場會在人體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)感應(yīng)電流超過一定值時，人體將產(chǎn)生不適感，甚至?xí)θ梭w神經(jīng)細(xì)胞和組織造成刺激和其他影響。

圖2 近電報警器電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of proximity alarm circuit

4 實驗過程

將組裝好的近電報警裝置開機(jī)，聽到蜂鳴器嘟嘟嘟聲，表示機(jī)器自檢正常，調(diào)節(jié)近電報警器的擋位到500kv，開始接近500kv電網(wǎng)，隨著距離輸電線的距離越近，蜂鳴器報警頻率提高，聲音逐漸刺耳。實驗過程很好的說明了近電報警器工作的可靠性，能夠很好的保障電力工人的安全工作。報警器樣機(jī)如圖3所示。

圖3 近電報警器樣機(jī)Fig.3 Prototype of near-electric alarm

5 結(jié)束語

便攜式特高壓帶電作業(yè)報警器的開發(fā)成功的實現(xiàn)了特高壓帶電體近電報警的作用，該產(chǎn)品便于攜帶、安裝，感應(yīng)靈敏?？稍诓煌妷旱燃?，不同環(huán)境中使用，為電力工人的安全作業(yè)提供有力的保障。