電力系統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(zhuān)利(編號：2015109687767);實(shí)用新型專(zhuān)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：電力系統電氣試驗工作;陳剛，男，副高級工程師，研究方向：電網(wǎng)規劃、電力系統及其自動(dòng)化;王森，男，碩士，工程師，研究方向：變電站運行維護、電力系統及其自動(dòng)化。

摘要：為了提高傳統方式下工作票人工現場(chǎng)許可的工作效率和遠程電話(huà)許可的可靠性，本文研制出一套電力系統遠程可視化工作許可裝置。該裝置由電源模塊、紅外線(xiàn)檢測模塊、光源驅動(dòng)模塊以及報警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統為核心，通過(guò)內置安卓系統環(huán)境支持微信交互功能，可實(shí)時(shí)與微信端運維人員視頻對話(huà)互動(dòng)，實(shí)現工作票的遠程許可，同時(shí)，對于進(jìn)入變電站人員也實(shí)現了實(shí)時(shí)監控。實(shí)際應用表明，本文研制的電力系統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(lái)，隨著(zhù)電力系統的發(fā)展，無(wú)人值班變電所和所內出線(xiàn)間隔不斷增多，運行人員的工作任務(wù)和壓力越來(lái)越大。根據電力安全生產(chǎn)規程的相關(guān)規定，工作票的許可分為現場(chǎng)許可和電話(huà)許可兩種。工作票現場(chǎng)許可要求運維人員必須到現場(chǎng)，然而實(shí)際情況是，一個(gè)集控站下轄多個(gè)變電所，每個(gè)變電所當天可能又同時(shí)許可多種工作票，考慮到運行人員的人數限制，難以對各類(lèi)工作票都進(jìn)行現場(chǎng)許可辦理。因此，我國電力安全生產(chǎn)規程規定，對部分工作票可進(jìn)行電話(huà)許可辦理。但是，目前的工作票電話(huà)許可辦理只能通過(guò)電話(huà)語(yǔ)音，不能通過(guò)視頻明確工作負責人及工作班成員的實(shí)際情況，而長(cháng)時(shí)間高負荷的工作會(huì )使工作人員注意力下降，工作時(shí)可能存在誤拿鑰匙，誤入帶電間隔的風(fēng)險，這無(wú)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(huà)許可的安全可靠性，已成為亟待解決的問(wèn)題。

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

1 電力系統遠程可視化工作許可裝置概述

　　電力系統遠程可視化工作許可裝置由電源模塊、紅外線(xiàn)檢測模塊^[1-2]、光源驅動(dòng)模塊以及報警模塊組成，以MT6589為處理器的嵌入式系統^[3]為核心，通過(guò)接收光線(xiàn)傳感器模塊的輸出脈沖辨別當前光線(xiàn)強度，進(jìn)而控制紅外夜視燈的狀態(tài)，為夜間或者光線(xiàn)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(huì )實(shí)時(shí)監測周?chē)梭w信號，一旦檢測到周邊有人靠近，便通過(guò)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，該嵌入式系統經(jīng)過(guò)快速的數據處理，通過(guò)安防鏡頭拍攝當前場(chǎng)景照片，并通過(guò)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(shí)確認是否工作人員進(jìn)入生產(chǎn)現場(chǎng)。實(shí)現向運維人員的實(shí)時(shí)報警。按下裝置面板按鈕，系統便會(huì )給手機微信端的運維人員撥打電話(huà)，此時(shí)裝置端便可通過(guò)揚聲器與傳話(huà)器模塊與運維人員進(jìn)行視頻對話(huà)，實(shí)施工作票的遠程許可，十分方便。

　　電力系統遠程可視化工作許可裝置內部電路框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 電源模塊設計

　　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(shí)，可通過(guò)USB接口充電，以保證系統的正常供電。

　　裝置內置鋰電池的額定電壓為3.7V，充滿(mǎn)時(shí)為4.2V，而系統內部電路的工作電壓為3.3V，因此，必須通過(guò)輔助電源進(jìn)行降壓穩壓。MT6320_LDO模塊是一款常用的低壓差三端線(xiàn)性穩壓器件，此模塊能夠實(shí)現輸出多種電壓值并且十分穩定，滿(mǎn)足內部電路的電壓需求。其原理圖如圖2所示。

2.2 紅外線(xiàn)檢測模塊設計

　　紅外線(xiàn)檢測模塊由熱釋電紅外傳感器、信號處理器和嵌入式系統中內置的主控制器組成。熱釋電紅外傳感器輸出的模擬信號，由內置AS083信號處理芯片的信號處理器進(jìn)行轉換，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(jìn)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信號，可雙向感應，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(shí)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定性。

　　U2(AS083)是一個(gè)CMOS 工藝集成的PIR(Passive Infra-Red)控制器芯片，功耗很低。其內部構架采用模擬及數字混合電路的Mixed-mode 方式設計，各種情況下使用皆十分穩定。AS083采用第三代PIR人體熱釋紅外線(xiàn)探測技術(shù)方案，內置高精度算法單元，可自調整適應當前環(huán)境，濾除環(huán)境干擾，有效提取人體信號，最遠感應距離高達十幾米。實(shí)際應用電路相當簡(jiǎn)單，研發(fā)、生產(chǎn)無(wú)需調試，大幅降低生產(chǎn)成本、節省空間。

　　RE200B第2腳輸出隨紅外感應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A(yíng)S083內部，經(jīng)過(guò)運放阻抗匹配，再通過(guò)信號采集和算法單元，轉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(shí)為低電平，檢測到人體信號時(shí)，輸出高電平，此時(shí)MOS管導通，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 光源驅動(dòng)模塊設計

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

　　光線(xiàn)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(zhù)外界光照強弱(明暗)的變化而變化。在白天光照較強(10Lux)時(shí)，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(xiàn)強度較弱時(shí)，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中的主控制器從而實(shí)現對紅外夜視燈的控制。光線(xiàn)傳感器原理圖如圖4所示。

2.4 報警模塊設計

　　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(huì )輸出模擬信號，經(jīng)過(guò)信號處理器的處理、轉換，輸出觸發(fā)狀態(tài)給以MT6589為處理器的嵌入式系統，該嵌入式系統經(jīng)過(guò)快速的數據處理通過(guò)安防鏡頭拍攝當前場(chǎng)景照片并發(fā)送至手機微信端，同時(shí)，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(shí)，實(shí)現向手機終端的實(shí)時(shí)報警。

　　安防鏡頭采用統一標準的MIPI接口，對于不同的接口芯片和模塊，更改結構設計和輸出功能時(shí)更加快捷方便。其更低功耗、更高數據傳輸率和更小的PCB占位空間的優(yōu)點(diǎn)，并且專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)設備進(jìn)行的優(yōu)化，十分適合手機等設備的連接。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(yǔ)音信號在電源管理集成電路內部的音頻信號放大電路，右邊部分電路為語(yǔ)音信號由電源管理集成電路出來(lái)后發(fā)送到接收器的過(guò)程。

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

3 軟件系統設計

　　如圖8所示，系統開(kāi)機后，首先進(jìn)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(huà)各種觸發(fā)信號，檢測周?chē)h(huán)境是否異常并查詢(xún)是否需要進(jìn)入人機交互狀態(tài)。在整個(gè)過(guò)程若有信號觸發(fā)，立即進(jìn)入相應的處理程序;如果整個(gè)過(guò)程沒(méi)有信號觸發(fā)，系統將再次進(jìn)入檢測狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程一直持續到系統關(guān)機。

4 裝置特點(diǎn)

　　1)結構簡(jiǎn)單，重量輕，安裝使用方便;

　　2)實(shí)現對無(wú)人值班變電所的實(shí)時(shí)監控報警，保證變電所內設備安全可靠運行;

　　通過(guò)裝置的熱釋電紅外感應器，對未經(jīng)許可闖入、誤入無(wú)人值班變電所的人員，實(shí)現向集控站運維人員的實(shí)時(shí)報警;

　　3)具備可視化功能，實(shí)現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(guò)裝置的遠程視頻對話(huà)功能進(jìn)行工作票的遠程許可，省時(shí)省力，減輕了運維人員的工作壓力。

5 結論

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

　　1)本文介紹的電力系統遠程可視化工作許可裝置，可實(shí)現工作票的遠程許可，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(shí)，節約了人力、財力、物力，具有很大的經(jīng)濟效益。

　　2)本文介紹的電力系統遠程可視化工作許可裝置，解決了傳統的工作票電話(huà)許可不能通過(guò)視頻對話(huà)核實(shí)工作負責人及工作班成員實(shí)際工作情況的困難，實(shí)現了對安全生產(chǎn)的把關(guān)，為變電所內設備安全可靠運行增添了一份保障。

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

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