一種特高壓帶電作業報警器的設計

葉欣欣，劉衛明

（國網內蒙古東部電力有限公司 科學研究院 ，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

本文設計一款基于單片機控制的特高壓帶電作業近電報警裝置，該裝置有多個可調節的工作擋位，可以根據實際需要選擇相應的擋位。同時該裝置有著便于攜帶、安裝簡單，感應靈敏度高等優點。

1 背景技術

人體處于特高壓輸電線路附近時，輸電線路附近所產生的交變電磁場將在人體中產生感應電流，其中當人處于輸電線路下方時所接受到的電磁場強度最大，在人體內產生的感應電流最大。當感應電流超過人體承受的極限值后，人體會在電磁場的作用下瞬間產生大量的熱量，大量的熱會對人體神經細胞組織造成刺激或損傷，影響人體健康。電力人員在特高電壓環境下工作時常常需要佩戴近電報警器，當佩戴人員誤入帶電區域時，近電報警裝置可以在不接觸帶電體情況下利用電磁感應檢測輸電線附近的感應電壓，當電壓值超過人體所能承受的極限時裝置將發出連續的警報聲提醒人員注意危險及時撤離危險區域，從而實現預防直接觸電與跨步電壓觸電的功能，減少觸電傷亡事故的發生。

常見的近電報警器有可穿戴的手表式以及安全帽內置式兩種方式，這兩種近電報警器在實際應用中存在著許多問題：①手表式近電報警器，只能設置單閾值，不適用于多電壓等級的報警；②安全帽內置式報警器采用工業雙面膠粘貼在安全帽上，雙面膠不可重復使用，每次拆裝都需要重新粘貼；③現有報警器僅適用電壓等級為220kV及以下，220kV以上電壓等級沒有匹配的便攜式近電報警器。

2 總體方案

針對現有近電報警器工作模式單一、佩戴方式繁瑣及適用范圍小的缺點，本文設計了一種適用于特高壓帶電作業且可以分級報警的便攜式特高壓近電報警器。

特高壓帶電作業報警器硬件設計示意圖如圖1所示，主要的組成部件有：感應模塊、電壓轉換模塊、單片機、電源電路、報警模塊；感應模塊可以交變磁場中產生感應電流，電壓轉換模塊將感應到的交變電流轉換為電壓輸出到單片機A/D端口，單片機將采樣的數據進行A/D轉換后開始計算分析并作出相應的輸出，報警模塊連接蜂鳴器，使單片機輸出到蜂鳴器。當接近高壓帶電區域時，感應模塊在高壓交變電磁場中產生相應的感應電流，距離高壓帶電體越近感應電流則越大，將感應電流經電阻轉換為電壓后通過A/D采樣進入單片機，在單片機內和內部設定閾值比較，當感應電壓大于閾值時單片機輸出值到報警模塊進行報警；通過接入感應模塊芯片不同阻值的電阻，實現切換不同電壓等級的報警。

圖1 報警器硬件設計圖Fig.1 Hardware design diagram of the alarm

3 工作原理

根據現場不同的電壓等級（500kV，750kV，1000kV）， 選擇適合的檔位，不同的檔位連接不同的匹配電阻。使用前，先將檔位開關撥至符合現場電壓等級的檔位，再打開電源開關，聽到三聲“嘟、嘟、嘟”，表示自檢功能正常，該產品可正常使用，方可進入高壓區域作業。近電報警器背面采用別針式胸牌夾具，佩戴在衣服部位。當高壓帶電區域交變磁場穿過感應模塊時，根據法拉第電磁感應定律，在感應模塊內將會產生感應電流。在工頻電場中，不同電壓等級的交流電產生的交變磁場強度不同，感應模塊在不同電壓等級的交變電磁場中將感應產生不同的感應電流，通過該電壓等級下的電阻轉換為不同的感應電壓；經過A/D轉換模塊進入單片機輸入端口，經過計算后和設定閾值比較，同一交變磁場中與帶電體的距離不同產出的感應電流也不同，距離越近。磁場越強，感應電流越大，感應電壓越大。當感應電壓大于該電壓等級的安全閾值時單片機輸出端口發出一段高頻率的脈沖至無源蜂鳴器端口，使蜂鳴器發出報警，感應電壓越高，脈沖頻率越高，警報聲越刺耳，整機電路原理圖如圖2所示。近電報警器發出連續的警報聲以提醒人員注意危險及時撤離危險區域，說明交變電磁場會在人體內產生感應電流，當感應電流超過一定值時，人體將產生不適感，甚至會對人體神經細胞和組織造成刺激和其他影響。

圖2 近電報警器電路原理圖Fig.2 Schematic diagram of proximity alarm circuit

4 實驗過程

將組裝好的近電報警裝置開機，聽到蜂鳴器嘟嘟嘟聲，表示機器自檢正常，調節近電報警器的擋位到500kv，開始接近500kv電網，隨著距離輸電線的距離越近，蜂鳴器報警頻率提高，聲音逐漸刺耳。實驗過程很好的說明了近電報警器工作的可靠性，能夠很好的保障電力工人的安全工作。報警器樣機如圖3所示。

圖3 近電報警器樣機Fig.3 Prototype of near-electric alarm

5 結束語

便攜式特高壓帶電作業報警器的開發成功的實現了特高壓帶電體近電報警的作用，該產品便于攜帶、安裝，感應靈敏。可在不同電壓等級，不同環境中使用，為電力工人的安全作業提供有力的保障。