配網作業不安全行為預警智能安全帽研究與實現

黃抒藝 鄒學通

（深圳供電局有限公司，廣東深圳518101）

0 引言

在配電網日常作業中，由于觸電和物體打擊導致的傷亡事故時有發生，據統計，2015年至今，南網就發生過兩起觸電身亡事故，而這兩起事故主要是由于安全帽使用不當和與帶電設備（含線路）安全距離不夠引起的。本研究成果主要用于實時預警配網員工在日常作業時的這兩種不安全行為，減少由于人身觸電和物體打擊導致的人身事故危險，保障人身安全。

目前，市場上尚未出現可實時預警不安全行為的安全帽用于配電網日常作業過程中，本研究成果改進了僅能對超過安全距離報警、需人為監督安全帽佩戴情況、監護人監督不到位、無法對不安全行為實時預警等現狀，填補了技術空白。成果的應用能及時有效地反饋至視野受視覺或角度因素阻礙的專責監護人，乃至對設備安全距離判斷不準確的作業人員，以起到警示效果，為作業人員是否進入帶電危險區域作業提供了一種非接觸的判斷方式[1]。

在配網日常作業中，帶電作業是避免檢修停電、保證正常供電的一種有效措施。面對日益增長的帶電作業需求，帶電作業區域的監護也變得日益重要，該成果能夠對于帶電作業人員在帶電區域內的不安全行為進行預警，如在帶電作業中推廣，能夠提高作業人員的安全性，并加強專責監護人的監護。同時，該技術可推廣應用至其他輸變電作業場所，減少員工因不安全行為發生人身事故的概率，提高作業安全管理水平，因而具有很強的推廣性[2-3]。

不安全行為預警智能安全帽可針對配網作業中常見的不安全行為進行實時預警，并作為作業過程中安全管理的依據，為配電作業人員的安全警戒提供保障，且對于保證作業人員的生命安全和設備及電線路長期、安全、穩定地運行具有非常重要的意義。

1 不安全行為預警智能安全帽系統框架構架

不安全行為預警智能安全帽包括三個基本模塊：信息收集模塊、運算模塊和功能輸出模塊，如圖1所示，可實現與帶電設備（含電線）安全距離不夠預警、安全帽使用不當預警、不安全行為記錄與分析的功能。

1.1 電場強度傳感系統

電場強度傳感系統用于在工頻電場中接收信號并對電場強度進行測量。通過電學原理電場測量方法測量交變電場，分析電容式平行板電場傳感器測量工頻電場的可行性和數學原理，完成電場強度傳感器的設計制作，達到測量電場強度的目的。

圖1 不安全行為預警智能安全帽構架

1.2 安全帽傳感系統

安全帽傳感系統用于傳感、收集、傳送和保存安全帽的佩戴情況。在電場強度傳感器的基礎上，添加硅膠單點壓力傳感器，實現對員工在作業過程中是否佩戴安全帽的分析，達到檢測員工佩戴安全帽情況的目的。

1.3 安全預警系統

安全系統用于實時預警員工在作業工程中的不安全行為。通過聲光報警，以實際測量的電場強度和員工佩戴安全帽情況作為報警依據，同時設定不同不安全行為的預警功能。此次設計中設置了紅、黃、藍三種顏色的信號燈和蜂鳴器共同組成的安全預警系統。

1.4 數據分析存儲系統

數據分析存儲系統用于儲存、記錄員工在作業過程中的行為，包括安全行為和不安全行為，這些記錄可作為員工安全教育培訓和安全績效考核的依據，并通過無線傳輸技術將存儲模塊中的數據導出，及時發送到后臺接駁基站。

2 系統特點

2.1 集成性

不安全行為預警智能安全帽的設計是為了能夠將作業過程中分散的人員信息和行為信息展現在同一平臺上進行管理，通過RFID技術實現信息的收集、傳輸、集成。監督人員要確保作業過程中作業人員安全信息的精準性，才能使日常安全管理工作宏觀可控。

2.2 精準性

不安全行為預警智能安全帽需準確地對電場強度數值和安全帽佩戴情況進行判斷及預警。因此，嚴格制定了校核規則和試驗方案，以提高系統抗干擾性和穩定性，確保誤差在可控范圍內，保障系統的實用性。

2.3 及時性

現場作業員工大多安全意識較薄弱，目前通過警報提醒他們的行為是最容易普及和管理的。因此，不安全行為預警智能安全帽采用等效電荷法等算法，保證系統執行的效率，確保及時對作業過程中的不安全行為進行預警。

3 結語

目前，在電力行業，智能安全帽的用途單一，主要用于預防作業人員的觸電傷亡事故，但并未將作業人員在作業時不佩戴安全帽的情況考慮進去。因此，本項目的關鍵在于設計一款智能安全帽實時預警系統，用于檢測配網員工在日常作業時的不安全行為，同時預防觸電和物體打擊導致的傷亡事故，實現行為信息的采集、處理、傳遞和存儲，以便提高作業現場管理的效率和安全保障水平，充分發揮智能安全帽系統在作業安全管理中的作用。

該項目研究的技術關鍵是將電場測量技術與進入帶電區域未佩戴安全帽的不安全行為檢測技術相融合；技術主要難點在于精確電場測距傳感器的設計，現行配網輸電線路存在同桿多回路、導線排布方式多樣化、環境惡劣、電磁場干擾等因素影響，對于多方面兼容的測距方式存在極大的不確定性。本項目構建的不安全行為預警智能安全帽，實現了作業人員的不安全行為和帶電設備（含線路）電場強度檢測，有利于對配網日常作業中不安全行為進行實時監控，并及時反饋預警信息，防止事故的發生。研究重點在于作業人員及帶電設備（含線路）等位置和屬性信息的監測與分析，而在配網作業中其他不安全行為監控方面僅進行了初步探討，在未來還需深入研究。

[1]郭紅領，劉文平，張偉勝.集成BIM和PT的工人不安全行為預警系統研究[J].中國安全科學學報，2014，24（4）：104-109.

[2]武愛敏.變電站視頻中工作人員的識別[D].北京：華北電力大學，2017.

[3]黃抒藝.基于BIM、通信技術變電站施工安全管理系統及應用[D].北京：華北電力大學，2016.