國網(wǎng)安徽省電力有限公司蕪湖供電公司 張賈軍 陳強 孫昭 洪俊 蔣以天

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國對變電站作業(yè)安全的重視程度也越來越高，針對變電站作業(yè)安全提出了各種相關(guān)政策，保障工作人員人身安全。電力領(lǐng)域的主要問題是安全生產(chǎn)問題，因此，行業(yè)主管機構(gòu)始終關(guān)注電力行業(yè)安全生產(chǎn)，盡管如此，仍然發(fā)生各種安全事故。

從電力行業(yè)安全生產(chǎn)發(fā)展過程及現(xiàn)狀來看，引起變電站安全事故的原因趨于多樣化，如誤觸帶電設(shè)備、走錯工作區(qū)域等，均會危及從業(yè)者的人身安全與健康。

我國目前普遍采用的變電站安全監(jiān)控技術(shù)是視頻監(jiān)控、虛擬三維可視化安全控制、工作負(fù)責(zé)人制等，其中應(yīng)用頻率較高的技術(shù)是虛擬三維可視化方案，此法實質(zhì)上是一種變電站安全管控體系、變電站安全作業(yè)控制系統(tǒng)，基本原理是以測繪為基本支撐展開的三維建模（對變電站），以廣域無線定位策略為基礎(chǔ)將安全操作人員所處位置確定，以便實時掌握從業(yè)者的工作狀態(tài)，系統(tǒng)則會根據(jù)實際情況觸發(fā)安全預(yù)警信息，確保安全作業(yè)[1-2]。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在變電站現(xiàn)場施工作業(yè)過程中，存在著作業(yè)人員使用吊車等大型作業(yè)工具，跨越下方圍欄網(wǎng)范圍，誤入帶電間隔，但因為和帶電設(shè)備安全距離不夠，危及電網(wǎng)及現(xiàn)場作業(yè)人員安全的問題。傳統(tǒng)作業(yè)范圍人工圍欄網(wǎng)布置高度有限，無法對大型作業(yè)工器具的作業(yè)范圍進(jìn)行有效的提醒。為了更好的管控現(xiàn)場作業(yè)人員的工作行為，防止吊車等大型作業(yè)工具誤入帶電間隔，彌補傳統(tǒng)圍欄網(wǎng)對大型作業(yè)工具的警示盲點，本文研制一套現(xiàn)場作業(yè)范圍監(jiān)測預(yù)警裝置，當(dāng)作業(yè)工具靠近帶電區(qū)域規(guī)定距離時立即進(jìn)行預(yù)警，避免事故的發(fā)生。

結(jié)合電力施工實踐情況，目前防范大型作業(yè)工具（吊車等）誤入帶電間隔以人工模式為主，此法實質(zhì)上就是由專職安全員引導(dǎo)安全施工，不足之處是主觀性安全事故風(fēng)險高、施工成本大。智能化監(jiān)測設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用實踐來看，這種現(xiàn)代科技設(shè)備同樣有明顯缺陷，比如攜帶不便、操作煩瑣、準(zhǔn)確性差、監(jiān)測范圍小等缺點?；谶@一現(xiàn)狀，急需研制出一款電力施工過程危險區(qū)域預(yù)警誤入裝置，能夠為作業(yè)人員或設(shè)備靠近帶電區(qū)域規(guī)定距離時立即進(jìn)行報警，提醒作業(yè)人員有觸電危險，從而將危險及時排除[3]。

本項目的實施可以有效的實現(xiàn)對防誤區(qū)域的規(guī)劃及誤入帶電間隔的設(shè)備及人員的實時監(jiān)測及預(yù)警功能，當(dāng)作業(yè)人員或設(shè)備靠近帶電區(qū)域規(guī)定距離時立即進(jìn)行報警，提醒作業(yè)人員有觸電危險，從而將危險扼殺在搖籃中。同時本設(shè)備也解決了作業(yè)人員使用吊車等大型作業(yè)工具，跨越下方圍欄網(wǎng)范圍，誤入帶電間隔，由于與帶電設(shè)備安全距離不夠，危及電網(wǎng)及現(xiàn)場作業(yè)人員安全的問題。

3 基本原理

3.1 PTK 差分定位法

實量高精度定位技術(shù)系列中的RTK，整體上歸屬GPS 差分定位范疇，而GPS 差分定位法的覆蓋范圍、精度等均明顯超過傳統(tǒng)GPS 定位技術(shù)。GPS 差分定位的基本原理以移動站為基本支撐展開差分信息（固定基站） 收集，準(zhǔn)確計算出自身具體位置，解決傳統(tǒng)GPS 技術(shù)運行中存在的衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差等各種影響因素，進(jìn)一步提高GPS 定位效果[4]。以差分信息差異為依據(jù)，可以將差分定位法分為載波相位偽距差分、位置差分、平滑相位偽距差分等類型。分析載波相位差分系列中的PTK 差分定位法表明，移動站與基站之間位置坐標(biāo)校正采用的也是載波相位改正數(shù)，GPS 差分定位技術(shù)如圖1所示。

圖1 GPS差分定位技術(shù)

在RTK 差分定位技術(shù)日常應(yīng)用中，工作人員利用載波相位方式進(jìn)行差分校正，因此一旦整周模糊度固定環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，會大幅度降低定位精度，給實際使用效果帶來不同程度的影響。在正常情況下，F(xiàn)ST （模糊度搜索濾波器法）、Kalman 濾波修正算法等均可以用作載波相位整周模糊度固定算法，其中最小二乘模糊度降相關(guān)平方差算法是以載波相位雙差觀測方程和最小二乘法為基本支撐，把固定模糊度數(shù)據(jù)計算出來， 分析數(shù)據(jù)具有較強精準(zhǔn)度；Kalman 濾波修正算法則不同，此算法主要以Kalman 濾波器為基礎(chǔ)對載體部位進(jìn)行合理調(diào)整，降低多普勒觀測量帶來的影響，在此前提下促進(jìn)整周模糊度固定效果改善。

本設(shè)計方案中的作業(yè)人員采用的是實時差分定位法RTK，只需要把RTK 固定基站安裝在變電站內(nèi)，即可以完成載波相位改正信息發(fā)送，隨后可以在Kalman 濾波修正算法支持下展開變電站所受電磁波的干擾分析，算法處理流程會因此而變得更加合理，環(huán)境干擾的控制效果明顯，就此為移動定位終端坐標(biāo)求解精準(zhǔn)度提供有效保障[5]。

3.2 GNSS 定位方式技術(shù)原理

本裝置采用了GNSS 高精度定位監(jiān)控終端，可以實現(xiàn)北斗GPS 雙系統(tǒng)毫米級定位，并能夠?qū)⒍ㄎ恍畔⑼ㄟ^GPRS 上報到指定平臺，可以實現(xiàn)對人員、車輛或其他設(shè)備的實時精確位置的監(jiān)控。

GNSS 定位終端根據(jù)定位精度有米級、亞米級，亞米級又分為毫米級、厘米級、分米級，本裝置采用毫米級定位終端，平面定位精度達(dá)±2mm+0.5mm/km，高程定位精度達(dá)±5mm+0.5mm/km。 技術(shù)參數(shù)具體是待機功耗為≤180mA/3.8V，發(fā)射功耗為≤1.6A/3.8V （最大發(fā)射功率下），充電電流為800mA±20mA，電池容量為3000mAh，工作時間為≥8h （正常工作模式，藍(lán)牙常閉），充電時長為≤4h。

3.3 超聲波探測器技術(shù)方案

設(shè)備發(fā)射的探測波為圓錐體，具體大小根據(jù)設(shè)備自身的視場角決定，超聲波探測器技術(shù)如圖2所示。本項目中設(shè)備可以監(jiān)測25m，具有測距功能。同時實現(xiàn)了選擇性報警，即在監(jiān)測范圍某一區(qū)域高度如（10～20m） 進(jìn)行報警，低于某一高度不報警，可以有效避免地面行人和車輛穿過而產(chǎn)生的誤觸發(fā)情況出現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行報警時，現(xiàn)場具有聲光報警設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動。此外在現(xiàn)場部署一臺抓拍攝像頭，當(dāng)報警時啟動照相，照片數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存卡中。

圖2 超聲波探測器技術(shù)

3.4 移動定位與報警終端設(shè)計

基于上述虛擬三維可視化安全管控體系設(shè)計需要，變電站從業(yè)者通常需要利用RTK 移動定位技術(shù)展開移動定位與報警終端設(shè)備設(shè)計，在后臺管控系統(tǒng)信息與上述設(shè)備結(jié)合條件下，即可將站內(nèi)作業(yè)人員的實際所處部位實時顯示出來。目前，GPS 衛(wèi)星接收機、主控單元、聲光報警器等是移動定位和報警終端裝置的組成部分，利用4G 網(wǎng)絡(luò)和RTK 定位基站相互連接，在廣域無線網(wǎng)（變電站內(nèi)部配置） 支持下接入虛擬場景服務(wù)器（后臺管控）。

本設(shè)備工作運行過程中，通常會以DSP 數(shù)字信號處理器和主控單元為基本支撐展開浮點數(shù)計算，提升載波相位整周模糊度固定算法準(zhǔn)確率。數(shù)據(jù)通信接口類型也會在主控單元控制板支持下顯著增加，包括串口、網(wǎng)口、接口等，即能與GPS 衛(wèi)星信號接收機模塊實現(xiàn)連接（通過RS232 串口），將GPS 坐標(biāo)信息（移動終端自身）及時收到，并在4G 網(wǎng)絡(luò)支持下將載波相位改正數(shù)（源于CORS 網(wǎng)站） 獲取，隨之把移動終端具體坐標(biāo)計算出來，需要說明的是，坐標(biāo)計算需要利用載波相位整周模糊度固定算法完成，而后臺管控系統(tǒng)則需要在廣域無線網(wǎng)支持下獲取對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計能夠在出現(xiàn)安全事故時及時觸發(fā)報警系統(tǒng)，以便作業(yè)者的具體位置可以被相關(guān)人員適時掌握，制定科學(xué)的解決措施，將作業(yè)者面臨的人身安全風(fēng)險化解。在主控單元控制板上安裝的聲光報警裝置主要用來接收安全管控預(yù)警信息（來自后臺管控系統(tǒng)），聲光報警器會自動根據(jù)預(yù)警信息類型來觸發(fā)對應(yīng)的聲光報警提示。

4 應(yīng)用效果

我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對電力企業(yè)供電安全性提出較高的要求。因此，為滿足電力行業(yè)實際要求，必須高度關(guān)注變電站運行安全，根據(jù)現(xiàn)場實際情況來建立適量的變電站，且保證所有變電站能夠安全穩(wěn)定運行，從而給電力企業(yè)日常供電打下堅實基礎(chǔ)。

本文提出的安裝控制方案是基于當(dāng)前電力系統(tǒng)運行概況及變電站安全需要完成的，臨滄供電局變電站（云南電網(wǎng)） 目前已經(jīng)開始在實際工作中應(yīng)用本方案。工作人員將本方案和后臺管控系統(tǒng)信息相互結(jié)合，用來實時顯示站內(nèi)工作人員的具體位置，一旦變電站出現(xiàn)任何安全事故，系統(tǒng)能夠第一時間控制和記錄現(xiàn)場實際情況，有效保證工作人員的生命安全，目前已取得不錯的實際應(yīng)用效果。

5 結(jié)語

本文基于RTK、超聲波探測技術(shù)、GNSS 定位技術(shù)支撐獲得變電站作業(yè)人員安全施工過程中所處的具體部位，以便管理人員能夠適時了解掌握工作人員的作業(yè)現(xiàn)狀，采取相應(yīng)措施保障作業(yè)人員的人身安全。本方案主要是根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)實際情況設(shè)計而成，能夠?qū)崟r掌握作業(yè)人員位置信息，能夠以安全預(yù)警信息為主要參考依據(jù)自行觸發(fā)系統(tǒng)安全報警功能，給作業(yè)人員安全提供保障。