物聯(lián)網(wǎng)背景下高壓智能接地棒的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉澤楷 楊家豪

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，輸電線路作業(yè)所使用的安全工器具的智能化也亟待發(fā)展。首先詳細(xì)介紹了高壓智能接地棒的方案設(shè)計(jì)，明確其功能定位及實(shí)現(xiàn)途徑，其次介紹了裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上闡述了智能接地棒的應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)用結(jié)果表明該設(shè)備能夠提升輸電線路作業(yè)安全管控精益化水平，使輸電線路檢修作業(yè)更安全。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);高壓接地棒;電氣安全

0 ? ?引言

接地棒是重要的電力檢修作業(yè)設(shè)備，在高壓輸電線路運(yùn)維檢修過(guò)程中不可或缺，其作用是保障工作人員的人身、作業(yè)安全[1]。目前使用的接地棒還多停留在機(jī)械人工階段，接地棒的運(yùn)行狀態(tài)并不能夠?qū)崟r(shí)被現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)責(zé)人知悉，僅依靠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的自我監(jiān)督和監(jiān)督人員的肉眼觀察，仍存在因人為疏忽、瀆職等造成嚴(yán)重人身風(fēng)險(xiǎn)的情況[2-3]。因此，接地棒的實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全具有重要意義。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[4-5]是當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。所謂“物聯(lián)網(wǎng)”就是將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，通過(guò)數(shù)據(jù)交換與通信實(shí)現(xiàn)定位、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。《南方電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)方案（2019年版）》中指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)數(shù)字南網(wǎng)的必由之路。建設(shè)新一代數(shù)字化基礎(chǔ)平臺(tái)是當(dāng)前電網(wǎng)公司的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在其中扮演重要角色。基于此背景，輸電線路的智能安全管控具有充分必要性，應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持助力安全措施檢查、行為模式在線監(jiān)控等。

本文提出一種物聯(lián)網(wǎng)背景下的高壓智能接地棒，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒具體狀態(tài)的遠(yuǎn)程、智能監(jiān)控，在經(jīng)濟(jì)合理的條件下提高輸電線路作業(yè)的安全性。本裝置將利用定位模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒位置的精確定位，方便工作負(fù)責(zé)人了解接地棒是否正確安裝在指定位置，利用相關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒安裝與導(dǎo)線松緊程度的監(jiān)測(cè)，采用聲光信息實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的操作提醒和提示。本裝置通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)芯片和通信模塊，將監(jiān)測(cè)到的接地棒的信息傳送到監(jiān)測(cè)終端上，實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。此外，本裝置還定制開(kāi)發(fā)一個(gè)適用于本裝置的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)接地棒的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行展示和預(yù)告警。

1 ? ?方案設(shè)計(jì)

為了使高壓智能接地棒能夠有效、可靠地實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，具體采用如下設(shè)計(jì)方案：

（1）為實(shí)現(xiàn)高壓接地棒與導(dǎo)線連接時(shí)的緊固度監(jiān)測(cè)，確保塔上作業(yè)人員正確安裝接地線，高壓端與導(dǎo)線良好接觸，將通過(guò)在接地棒與導(dǎo)線擰緊端嵌入壓力傳感器，并與稱(chēng)重變送器配合將實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)已校準(zhǔn)的信號(hào)值。

（2）為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臨近帶電線路作業(yè)的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)作業(yè)點(diǎn)的感應(yīng)電情況進(jìn)行量化考量，合理設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)安全措施，將采用電流互感器采集與接地棒連接的接地線的流通電流大小，通過(guò)對(duì)接地線電流大小的監(jiān)控監(jiān)測(cè)感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度。

（3）采用定位芯片獲取接地棒的實(shí)時(shí)位置，為工作負(fù)責(zé)人提供管控輔助。要求可實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi等通信方式，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送回后臺(tái)終端，后期可接入自動(dòng)化管控平臺(tái)。

（4）配套定制開(kāi)發(fā)相應(yīng)的后臺(tái)終端，實(shí)時(shí)監(jiān)控接地棒的狀態(tài)信息，在平臺(tái)對(duì)接地棒的安裝狀態(tài)、安全狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)感知。監(jiān)控模式實(shí)行“移動(dòng)設(shè)備單任務(wù)管控，后臺(tái)多線程監(jiān)控”的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)管。

（5）裝置采用鋰電池對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，鋰電池可供拆卸。裝置供電電壓為24 V，配置2 000 mAh的電池容量，可保證設(shè)備的續(xù)航能力。

2 ? ?裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于上述方案，進(jìn)行電路總體設(shè)計(jì)以及模塊連接，形成的裝置原理圖如圖1所示。

壓力傳感器以及電流互感器采集壓力與電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量采集模塊變換后通過(guò)RS485通信傳輸?shù)酵ㄐ拍K，數(shù)值超出限值時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警。

設(shè)備與接地棒的連接方案經(jīng)過(guò)評(píng)估后選擇將電路板、電池、轉(zhuǎn)換器等設(shè)備整體封裝后安裝在接地線耳位置。與其他安裝方式相比其主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備穩(wěn)固，安裝方便，不改變本體結(jié)構(gòu)，具備一定獨(dú)立性。

高壓智能接地棒外觀如圖2所示。

外殼采用高強(qiáng)度的輕型3D打印材料，根據(jù)設(shè)計(jì)模型打印而成，保證裝置輕便堅(jiān)固。

3 ? ?應(yīng)用場(chǎng)景

研制110 kV高壓智能接地棒后進(jìn)行了實(shí)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端對(duì)接地棒運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和判斷，智能地進(jìn)行展示和預(yù)告警，驗(yàn)證裝置的有效性。

下面就裝置的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。高壓智能接地棒工作模式示意圖如圖3所示。

利用GPS定位模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)接地棒具體位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)過(guò)程中安全措施的遠(yuǎn)程、多線程監(jiān)管，彌補(bǔ)了普通安全監(jiān)察對(duì)塔上監(jiān)控不足以及每組監(jiān)察人員只能監(jiān)管一點(diǎn)的不足。

監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳輸裝置的輕量化、集約化設(shè)計(jì)，無(wú)需作業(yè)人員操作干預(yù)，在不增加作業(yè)人員負(fù)擔(dān)的情況下，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過(guò)程安全措施監(jiān)管。

此外，配套定制開(kāi)發(fā)了監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在平臺(tái)即可對(duì)接地棒的安裝狀態(tài)、安全狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控。本裝置的應(yīng)用將改善作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工器具管理水平。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文研制的裝置可以實(shí)現(xiàn)接地棒運(yùn)行工況的遠(yuǎn)程監(jiān)控，提升了輸電線路作業(yè)安全管控精益化水平，使輸電線路檢修作業(yè)更安全。監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳輸裝置的輕量化、集約化設(shè)計(jì)，無(wú)需作業(yè)人員操作干預(yù)，在不增加作業(yè)人員負(fù)擔(dān)的情況下，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過(guò)程安全措施監(jiān)管，有效提升了安全監(jiān)管效能。

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收稿日期：2020-02-17

作者簡(jiǎn)介：劉澤楷（1993—），男，廣東揭陽(yáng)人，助理工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)維技術(shù)。

通信作者：楊家豪（1990—），男，福建廈門(mén)人，講師，研究方向：電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。