［摘 要］變電站高壓場地作業(yè)安全問題不容忽視。文章基于場地作業(yè)安全布防現(xiàn)狀，研究一款新型智能安全防護裝置。該裝置應用智能識別及物聯(lián)網技術，通過攝像組，在高壓工作場地形成電子防護圍欄，實時檢測工作人員不安全工作行為，并發(fā)出告警信號。依托移動客戶端小程序，可根據(jù)現(xiàn)場工作時況靈活設置監(jiān)控范圍及告警參數(shù)。應用表明，該裝置可有效解決高壓場地作業(yè)布防、撤防復雜的現(xiàn)狀。

［關鍵詞］變電站；高壓場地；智能安全防護；物聯(lián)網技術

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0053–03

1 問題的提出與分析

變電站高壓場地作業(yè)空間的安全需重點關注。電力系統(tǒng)高壓場地開展擴建、改造及檢修施工時，施工人員的安全風險系數(shù)較高。吊車或高空作業(yè)車等大型機械存在視野盲區(qū)，大型機械設備在高壓場地空間作業(yè)發(fā)生各種臨近放電、設備誤觸等事故屢見不鮮，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，造成不良影響。

目前對吊車或高空作業(yè)車等大型機械在高壓場地施工的安全風險管控，主要采取安全遮攔、現(xiàn)場人員監(jiān)護和遠程視頻監(jiān)控等手段。通過管理手段，雖然可抑制事故的發(fā)生，但依然無法達到理想的安全水平。

在高壓場地，傳統(tǒng)檢測方法一般是設置實體圍欄，這種傳統(tǒng)的安全措施可能無法滿足高壓場地作業(yè)空間的特殊需求。無法對高電場地作業(yè)人員提供有效防護。此外，高壓場地作業(yè)空間的場地電壓源的布置通常相對復雜，受設備運行方式和室內條件影響較大。

基于以上問題，文章研究一款新型智能安全防護裝置。該裝置可有效解決高壓場地作業(yè)布防、撤防復雜的現(xiàn)狀。

2 智能安全防護裝置的研制原理

2.1 模型組成

如圖1 所示，裝置由異物入侵檢測模塊、激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊裝置、網絡接口模塊、小程序客戶端、后臺中樞管理系統(tǒng)、現(xiàn)場報警設備，可復用電池電源模組系統(tǒng)等7 部分組成。

（1）異物入侵檢測模塊。用于特定區(qū)域監(jiān)視，其基于圖像識別技術，實時監(jiān)測工作所屬區(qū)域的異物越界情況。當監(jiān)測到所屬區(qū)域有入侵行為則發(fā)出報警信號，并通過通信模塊將告警信號發(fā)送到網絡接口模塊。通過多組不同視角、不同方位的攝像頭（圖2）相互配合，構成電子圍欄，并結合數(shù)字孿生技術，形成區(qū)域大屏監(jiān)控，實現(xiàn)對工作所屬區(qū)域進行智能監(jiān)控。

（2）激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊。激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊如圖3 所示，安裝在吊車的吊臂上，用于測量高電壓設施與吊車、吊臂之間的距離。該模塊包括數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)，可實時讀取所測距離信號。并發(fā)送至報警信號給網絡接口模塊，當距離小于安全值時，將發(fā)出告警信號，該告警信號由網絡接口模塊發(fā)送給現(xiàn)場報警設備發(fā)出聲光報警。

（3）后臺中樞管理系統(tǒng)。具備接口管理、參數(shù)管理、用戶管理、信息管理等功能。注冊用戶登錄后，根據(jù)不同權限等級，可查看設備工作情況，以及設備告警信息等，也可以對設備的布防狀態(tài)進行設置。

（4）小程序客戶端。移動客戶端可通過微信小程序連接異物入侵檢測模塊和激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊。工作人員可根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境設置相應電子圍欄參數(shù)，同時可監(jiān)測和查看裝置的基礎信息和人工作狀態(tài)。

2.2 f8df40f0efaf6c524dc501a71300297e工作原理

異物入侵檢測模塊設置有多個攝像頭組（一般設置4 組及以上）和第一數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)（異物入侵檢測模塊和動態(tài)激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊均含有數(shù)據(jù)交換中心模塊，分別用第一數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)將兩者區(qū)分）。根據(jù)現(xiàn)場工況，攝像頭組分別設置在高壓電場作業(yè)空間的不同區(qū)域，多組攝像頭相互配合構成監(jiān)控圍欄。攝像頭產生報警信號的條件是：有設定大小異物或人接觸、經過、跨越監(jiān)控區(qū)域。

當監(jiān)控區(qū)域的攝像頭檢測到大型機械的吊臂、勾爪等可活動器械在行進時越過規(guī)定距離監(jiān)控界面，或者檢測過程場地作業(yè)人員違規(guī)接觸高壓設備時，攝像頭生成報警信號并通過通信模塊發(fā)送至網絡接口模塊，報警信號通過網絡接口模塊傳至現(xiàn)場的現(xiàn)場報警設備，現(xiàn)場報警設備為戶外聲光報警器。網絡接口模塊包含無線高射頻通訊模塊和網絡進出口模塊。

激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊安裝在大型機械的吊臂上，其關聯(lián)第二數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)，可設置4m、8m 及10m 3 種安全距離參數(shù)。該模塊主要功能是測量障礙物與吊臂之間的距離，當所測距離小于安全距離參數(shù)時，將發(fā)出告警信號，該信號通過對應的無線高射頻通訊模塊傳輸至網絡接口模塊，并進而發(fā)送給現(xiàn)場報警設備發(fā)出報警產生聲光報警。第二數(shù)據(jù)交換中心模塊支持藍牙接口，通過手機小程序可以進行布防、查詢等操作。

激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊裝置報警條件如下。

（1）當激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊裝置監(jiān)測到障礙物與吊臂的距離D 滿足2 m ＜ D ≤ 4 m 時，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產生一級警告信號。

（2）當激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊裝置監(jiān)測到障礙物與吊臂的距離D 滿足1 m ＜ D ≤ 2 m 時，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產生二級警告信號。

（3）當激光聲波雙重動態(tài)距離檢測模塊裝置監(jiān)測到障礙物與吊臂的距離D 滿足D ≤ 1 m 時，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產生三級警告信號。

可復用電池電源模組采用220 V 交流轉12 V 直流方式，并提供2 000 A 的大容量電能存儲能力。當外部電源供電出現(xiàn)故障時，將自動切換到備份的電池電源模組?？蔀榫W絡接口模塊和攝像頭提供24 h 工作電源，在電源耗盡后可再次充電。

攝像頭使用了支持區(qū)域入侵檢測智能算法以及支持告警輸出的攝像頭。布防時，將攝像頭對準需要被保護的區(qū)域并設置物體入侵檢測范圍，設置告警聯(lián)動，當產生告警時告警接口高低電平輸出發(fā)生變化，進而發(fā)送告警信息，檢測和上報告警在0.3 s 內完成。告警通過物理接口通知外置的數(shù)據(jù)交換中心模塊，該模塊將告警上報到網絡接口模塊，網絡接口模塊觸發(fā)現(xiàn)場警報設備，整個過程在1 s 內完成。網絡接口模塊并將此次告警送到后臺中樞管理系統(tǒng)，并在服務器進行記錄存檔，可作為將來事件回溯的參考依據(jù)。

2.3 技術創(chuàng)新點

（1）通過多組攝像頭不同作業(yè)區(qū)域的設置和不同角度設置，形成多個豎直警示平面，由多個警示平面相互配合構成職能監(jiān)控電子圍欄并能發(fā)出告警，實現(xiàn)全方位、數(shù)字化、在線化、智能化現(xiàn)場監(jiān)測，不僅現(xiàn)場人員能夠即時了解作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，遠程人員也可通過遠程監(jiān)控和報警實時掌握作業(yè)現(xiàn)場情況，有效保證了人身及設備安全。

（2）通過超聲波布防檢測障礙物距離和智能鎖實時報警，完全改善了現(xiàn)場點及創(chuàng)新作業(yè)監(jiān)督的靈敏性、實時性和安全性。

（3）通過安全距離和越界檢測雙重化配置，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場實施連續(xù)、不間斷的監(jiān)控，對危險行為及時智能提醒，安全性大幅提升。

（4）采用人工智能、物聯(lián)網技術及三制式網關，使報警及防護功能更快、更智能、更規(guī)范、更安全。

（5）后臺提供整套系統(tǒng)管理能力，可以項目為單位進行安措設備的管理，可進行告警管理，可進行設備管理。

（6）該系統(tǒng)操作日志在服務器進行記錄存檔，可作為將來事件回溯的參考依據(jù)。

3 結束語

高壓場地作業(yè)空間智能安全防護裝置是基于先進的技術和智能化功能的一種安全保護裝置。通過智能感知和監(jiān)測、智能預警和報警以及結合機器學習與大數(shù)據(jù)等技術，該裝置有效解決了由于變電站電氣設備空間結構復雜、空間布置緊湊，變電站施工作業(yè)區(qū)域電場分布復雜多變，作業(yè)人員施工過程中誤碰帶電設備的問題，保護了工人在高壓場地作業(yè)空間中的安全，這種裝置的應用將為工業(yè)領域的安全管理帶來重要的進步，提高工作場所的安全性和生產效率。

參考文獻

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