電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置的研制

作者/ 周剛 尚浩志 王森 馮耀軒 宋明月 國網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司(浙江 嘉興 314000)

*基金項目：國家發(fā)明專利(編號：2015109687767);實用新型專利(編號：zl:2015210755614);國網(wǎng)浙江省電力公司群眾性科技創(chuàng)新項目(編號：5211JX14004R00K24)

周剛(1966-)，男，高級技師，研究方向：電力系統(tǒng)電氣試驗工作;陳剛，男，副高級工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)及其自動化;王森，男，碩士，工程師，研究方向：變電站運行維護、電力系統(tǒng)及其自動化。

摘要：為了提高傳統(tǒng)方式下工作票人工現(xiàn)場許可的工作效率和遠程電話許可的可靠性，本文研制出一套電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置。該裝置由電源模塊、紅外線檢測模塊、光源驅(qū)動模塊以及報警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)為核心，通過內(nèi)置安卓系統(tǒng)環(huán)境支持微信交互功能，可實時與微信端運維人員視頻對話互動，實現(xiàn)工作票的遠程許可，同時，對于進入變電站人員也實現(xiàn)了實時監(jiān)控。實際應(yīng)用表明，本文研制的電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置大大提高了運維人員工作票許可的效率和可靠性。

引言

　　近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，無人值班變電所和所內(nèi)出線間隔不斷增多，運行人員的工作任務(wù)和壓力越來越大。根據(jù)電力安全生產(chǎn)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，工作票的許可分為現(xiàn)場許可和電話許可兩種。工作票現(xiàn)場許可要求運維人員必須到現(xiàn)場，然而實際情況是，一個集控站下轄多個變電所，每個變電所當(dāng)天可能又同時許可多種工作票，考慮到運行人員的人數(shù)限制，難以對各類工作票都進行現(xiàn)場許可辦理。因此，我國電力安全生產(chǎn)規(guī)程規(guī)定，對部分工作票可進行電話許可辦理。但是，目前的工作票電話許可辦理只能通過電話語音，不能通過視頻明確工作負責(zé)人及工作班成員的實際情況，而長時間高負荷的工作會使工作人員注意力下降，工作時可能存在誤拿鑰匙，誤入帶電間隔的風(fēng)險，這無疑增加了電網(wǎng)安全運行隱患。因此，提高運維人員的工作票許可效率和工作票電話許可的安全可靠性，已成為亟待解決的問題。

　　針對現(xiàn)有的工作許可中存在的問題，本文研制出了一種電力系統(tǒng)遠程可視化的工作許可裝置，該方法已成功應(yīng)用于220kV及110kV無人值班變電所的工作票許可辦理中。

1 電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置概述

　　電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置由電源模塊、紅外線檢測模塊^[1-2]、光源驅(qū)動模塊以及報警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)^[3]為核心，通過接收光線傳感器模塊的輸出脈沖辨別當(dāng)前光線強度，進而控制紅外夜視燈的狀態(tài)，為夜間或者光線較弱情況下的安防鏡頭提供合適的拍攝環(huán)境。在正常情況下，熱釋電紅外傳感器會實時監(jiān)測周圍人體信號，一旦檢測到周邊有人靠近，便通過信號處理器輸出觸發(fā)狀態(tài)給以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)，該嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過快速的數(shù)據(jù)處理，通過安防鏡頭拍攝當(dāng)前場景照片，并通過WIFI發(fā)送至手機微信端^[4-5]，發(fā)送的微信照片，能使運維人員及時確認是否工作人員進入生產(chǎn)現(xiàn)場。實現(xiàn)向運維人員的實時報警。按下裝置面板按鈕，系統(tǒng)便會給手機微信端的運維人員撥打電話，此時裝置端便可通過揚聲器與傳話器模塊與運維人員進行視頻對話，實施工作票的遠程許可，十分方便。

　　電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置內(nèi)部電路框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 電源模塊設(shè)計

　　電源模塊由USB接口、充電電池以及輔助電源組成。正常情況下，由額定電壓3.7V，容量為3100mAh的鋰電池給輔助電源供電，在電量不足時，可通過USB接口充電，以保證系統(tǒng)的正常供電。

　　裝置內(nèi)置鋰電池的額定電壓為3.7V，充滿時為4.2V，而系統(tǒng)內(nèi)部電路的工作電壓為3.3V，因此，必須通過輔助電源進行降壓穩(wěn)壓。MT6320_LDO模塊是一款常用的低壓差三端線性穩(wěn)壓器件，此模塊能夠?qū)崿F(xiàn)輸出多種電壓值并且十分穩(wěn)定，滿足內(nèi)部電路的電壓需求。其原理圖如圖2所示。

2.2 紅外線檢測模塊設(shè)計

　　紅外線檢測模塊由熱釋電紅外傳感器、信號處理器和嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)置的主控制器組成。熱釋電紅外傳感器輸出的模擬信號，由內(nèi)置AS083信號處理芯片的信號處理器進行轉(zhuǎn)換，去除干擾信號，提取有效信號，輸出觸發(fā)狀態(tài)給主控制器進行判斷。

　　RE200B是PIR人體熱釋電紅外傳感器，選用高品質(zhì)球狀菲涅爾透鏡收集紅外感應(yīng)信號，可雙向感應(yīng)，靈敏度高，檢測距離可達4~6m。該傳感器采用熱釋電材料極化時隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。

　　U2(AS083)是一個CMOS 工藝集成的PIR(Passive Infra-Red)控制器芯片，功耗很低。其內(nèi)部構(gòu)架采用模擬及數(shù)字混合電路的Mixed-mode 方式設(shè)計，各種情況下使用皆十分穩(wěn)定。AS083采用第三代PIR人體熱釋紅外線探測技術(shù)方案，內(nèi)置高精度算法單元，可自調(diào)整適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境，濾除環(huán)境干擾，有效提取人體信號，最遠感應(yīng)距離高達十幾米。實際應(yīng)用電路相當(dāng)簡單，研發(fā)、生產(chǎn)無需調(diào)試，大幅降低生產(chǎn)成本、節(jié)省空間。

　　RE200B第2腳輸出隨紅外感應(yīng)變化的模擬電壓信號，該信號接至AS083的第3腳PIR輸入端，PIR信號在AS083內(nèi)部，經(jīng)過運放阻抗匹配，再通過信號采集和算法單元，轉(zhuǎn)換成高低電平的狀態(tài)信號，從第6腳out端輸出至后級MOS管。Out端平時為低電平，檢測到人體信號時，輸出高電平，此時MOS管導(dǎo)通，主控制器可接收到低電平信號。

　　熱釋電紅外傳感器與信號處理器的原理圖如圖3所示。

2.3 光源驅(qū)動模塊設(shè)計

　　光線傳感器在晚上或者光線較弱的情況下觸發(fā)開啟紅外夜視燈，為安防鏡頭提供合適的拍攝環(huán)境。

　　光線傳感器的主要部分為一種型號為5506的光敏電阻。5506光敏電阻是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強弱(明暗)的變化而變化。在白天光照較強(10Lux)時，光敏電阻RL阻值僅為2KΩ~5KΩ， S8050集電極輸出低電平信號;在夜間或光線強度較弱時，光敏電阻RL阻值為0.2MΩ，S8050集電極輸出高電平信號，該信號輸出給嵌入式系統(tǒng)中的主控制器從而實現(xiàn)對紅外夜視燈的控制。光線傳感器原理圖如圖4所示。

2.4 報警模塊設(shè)計

　　報警模塊由揚聲器、安防鏡頭組成。在正常情況下，熱釋電紅外傳感器一旦檢測到周邊人體信號，便會輸出模擬信號，經(jīng)過信號處理器的處理、轉(zhuǎn)換，輸出觸發(fā)狀態(tài)給以MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)，該嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過快速的數(shù)據(jù)處理通過安防鏡頭拍攝當(dāng)前場景照片并發(fā)送至手機微信端，同時，揚聲器發(fā)出相關(guān)提示音，如：變電重地、高壓危險、閑人莫入等提示。同時，實現(xiàn)向手機終端的實時報警。

　　安防鏡頭采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的MIPI接口，對于不同的接口芯片和模塊，更改結(jié)構(gòu)設(shè)計和輸出功能時更加快捷方便。其更低功耗、更高數(shù)據(jù)傳輸率和更小的PCB占位空間的優(yōu)點，并且專門為移動設(shè)備進行的優(yōu)化，十分適合手機等設(shè)備的連接。安防鏡頭原理圖如圖5所示。

　　本裝置采用的是一種型號為240326000031，頻率范圍在100Hz~10KHz的揚聲器。揚聲器原理圖如圖6所示。左邊部分為接收到的語音信號在電源管理集成電路內(nèi)部的音頻信號放大電路，右邊部分電路為語音信號由電源管理集成電路出來后發(fā)送到接收器的過程。

　　熱釋電紅外傳感器通過信號處理器連接于主控制器，且該主控制器內(nèi)置于MT6589為處理器的嵌入式系統(tǒng)中，并構(gòu)成所述的紅外線檢測模塊，所述的嵌入式系統(tǒng)通過串口與傳聲器和揚聲器通訊連接，在觸發(fā)情況下，嵌入式系統(tǒng)通過傳聲器向微信端發(fā)送語音，同時，嵌入式系統(tǒng)也可將微信端的語音信號接收并通過揚聲器發(fā)聲。傳聲器原理圖如圖7所示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　如圖8所示，系統(tǒng)開機后，首先進行相關(guān)產(chǎn)品配置及初始化工作，在這完成后，程序依次循環(huán)判斷熱釋電紅外傳感器、面板按鈕、視頻通話各種觸發(fā)信號，檢測周圍環(huán)境是否異常并查詢是否需要進入人機交互狀態(tài)。在整個過程若有信號觸發(fā)，立即進入相應(yīng)的處理程序;如果整個過程沒有信號觸發(fā)，系統(tǒng)將再次進入檢測狀態(tài)，整個過程一直持續(xù)到系統(tǒng)關(guān)機。

4 裝置特點

　　1)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，安裝使用方便;

　　2)實現(xiàn)對無人值班變電所的實時監(jiān)控報警，保證變電所內(nèi)設(shè)備安全可靠運行;

　　通過裝置的熱釋電紅外感應(yīng)器，對未經(jīng)許可闖入、誤入無人值班變電所的人員，實現(xiàn)向集控站運維人員的實時報警;

　　3)具備可視化功能，實現(xiàn)工作票的遠程可視化許可，提高運維人員的工作票許可效率。

　　通過裝置的遠程視頻對話功能進行工作票的遠程許可，省時省力，減輕了運維人員的工作壓力。

5 結(jié)論

　　針對目前電力系統(tǒng)中工作票許可中存在的困難和問題，研制出了一種電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置，本文從硬件、軟件和裝置特點三個方面對裝置進行了介紹，得到以下結(jié)論：

　　1)本文介紹的電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置，可實現(xiàn)工作票的遠程許可，減輕了運維人員的工作壓力，大大提高了工作票的許可效率;同時，節(jié)約了人力、財力、物力，具有很大的經(jīng)濟效益。

　　2)本文介紹的電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置，解決了傳統(tǒng)的工作票電話許可不能通過視頻對話核實工作負責(zé)人及工作班成員實際工作情況的困難，實現(xiàn)了對安全生產(chǎn)的把關(guān)，為變電所內(nèi)設(shè)備安全可靠運行增添了一份保障。

　　3)在實際應(yīng)用中，本文介紹的電力系統(tǒng)遠程可視化工作許可裝置進行工作票的遠程許可，切實可行，這對于提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行及減少生產(chǎn)運行成本具有重要的積極意義。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第9期第41頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。