變電站高壓開關柜檢修智能警示裝置研制分析

接曉霞 胡發明 余偉 王琦明 李志天

摘要：10KV或者35KV開關柜檢修中，對柜體檢修時內部帶10KV或者35KV的電壓，帶電體外側只有一塊薄薄的鐵皮阻擋，在檢修中存在一定的安全隱患。在新版的《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》（修訂版）做了如下的規定。2.3.1.4規定：開關柜可觸及隔室、不可觸及隔室、活門和機構等關鍵部位在出廠時應設置明顯的安全警告、警示標識。柜內隔離金屬活門應可靠接地，活門機構應選用可獨立鎖止的結構，可靠防止檢修時人員失誤打開活門。但是在使用的一些老式的開關柜里并沒有有明顯的警示標示，存在一定的安全隱患。為了能杜絕安全事故的發生，剔除安全隱患，引起現場操作人員的警惕，在檢修過程中需要對操作人員進行明顯的安全警示提醒，包括燈光等提醒。所以特研制一款使用范圍廣，且實用的警示裝置勢在必行。

關鍵詞：高壓開關柜;檢修;智能警示裝置

1.設計原則

本項目的開發研制是基于現實需求和現實應用的思路出發，遵循綠色環保，安全高效的數字化賦能原則，遵循以下幾個原則：

（1）增加現場施工的安全系數但不增加工作量;（2）適用于不同電壓等級開關柜的警示裝置;（3）方便適用和攜帶。

技術路線和實現的功能要求如下幾點：（1）近距離紅外檢測及聲光報警系統;（2）整體外觀結構操作使用方便;（3）自帶鋰電池，能保持長時間運行。

2.結構組成

開關柜檢修智能警示裝置采用STM32L051C8T6的微控制器、PIR人體運動傳感器及物聯網技術，實現現場實時監測報警和遠程管理功能。開關柜檢修智能警示裝置由運算中心，前端紅外實時監測單元，報警單元，電源單元組成。

2.1運算中心

2.1.1主控芯片

開關柜檢修智能警示裝置主控制芯片采用的是美國意法半導體（ST）公司生產的型號為STM32L051C8T6的微控制器。該控制器是基于STM32L0系列Cortex-M0+超低功耗MCU。STM32L0MCU的每個部分都通過優化達到了卓越的低功耗水平。由此產生了功耗性能破紀錄的真正超低功耗MCU。ARM?Cortex?-M0+內核與STM32單片機超低功耗特性的獨有結合，使STM32L0MCU非常適合電池供電或供電來自能量收集的應用。

2.2前端紅外實時監測單元

開關柜檢修智能警示裝置的前端紅外實時監測端采用了人體感應模塊PIR模塊-紅外模塊熱釋電人體紅外傳感器。感應距離0-5米，輸出高電平，H=3.3V，L=0V，供電直流3.3V-12V，靜態電流20uA。

靈敏度高，響應速度快，靜態功耗小，體積小巧，易于安裝。

2.3報警單元模塊

開關柜檢修智能警示裝置的報警單元由爆閃燈光報警和語音報警，遠程報警組成。

2.3.1爆閃燈光報警：采用6顆爆閃紅LED燈，低功耗，高亮度。

2.3.2語音報警模塊

語音報警模塊采用WTN6040-8S工業級語音芯片作為語音驅動電路核心。語音芯片輸出后通過功率放大芯片LM4890來驅動高音喇叭，來播放錄制的語音消息。

WTN6040-8S工業級語音芯片，低功耗，高性能的CMOS語音芯片。可以錄制多種語音音頻;喇叭聲音報警可達120分貝，聲音響度可調;

2.3.3遠程報警

采用荷蘭greenpeakGP590芯片，通信協議采用greenpower超低功耗協議，可以直接把報警信號以短信的方式直接傳輸到指定的手機上。也可以通過zigbee協議與dusun的智能網關進行連接，并通過網關把傳感器數據傳送到dusun的云端或者是客戶指定的云端，實現物聯網功能。

2.4電源模塊

開關柜檢修智能警示裝置的電源可以用市電220V直接供電，或者以自帶鋰電池供電。

開關柜檢修智能警示裝置的運行功率在5W左右，鋰電池的功率為800mAH，連續運行時間可以達到5個工作日。

電源模塊由鋰電池，電池供電電路，電壓轉換電路組成。

2.4.1電池供電電路

采用專用鋰電池管理芯片IP5306，該芯片是大電流高集成度移動電源SOC，具有以下特性：

同步開關充放電：

2.4A同步升壓轉換，2.1A同步開關充電，升壓效率高達92%，充電效率高達91%，內置電源路徑管理，支持邊充邊放。

充電：自適應充電電流調節，支持4.20/4.30/4.35/4.40V電池

功能豐富：內置照明燈驅動，自動檢測手機插入和拔出

低功耗智能識別負載，自動進待機，待機功耗小于100uA

BOM極簡：功率MOS內置，單電感實現充放電

多重保護、高可靠性：出過流、過壓、短路保護;輸入過壓、過充、過放、過流放電保護;整機過溫保護;ESD4KV，瞬間耐壓12V

2.5外觀結構設計

開關柜檢修智能警示裝置尺寸大小為高14.5cm*φ8.5cm，并且底部裝有軟磁鐵，可以根據現場的需要安裝的開關柜底部或者側面。

3.技術要點總結

（1）以STM32L051C8T6的微控制器為核心的，采用PIR人體運動傳感器實現近距離開關柜實時的紅外檢測。

（2）設計國網版的語音播報內容，根據現場的需要進行切換。

（3）利用物聯網技術可以進行實時的遠程手機報警。

4.使用特點及效果

該裝置使用近距離紅外線探測和聲光報警系統，在檢修過程中能給操作者明顯地發出安全警告。使用本裝置可以在不增加工作量的情況下，增加現場施工的安全系數，安全可靠，靈敏度高，質量有保證;且適用于不同等級的開關柜，方便使用和攜帶。

5.結束語

高壓開關柜在檢修過程中觸電事故時有發生，其所產生的嚴重后果往往令人痛心。變電所高壓開關柜檢修智能預警裝置的開發較好地解決了這一問題，它采用紅外探測技術，結合語音警告、燈光警示技術，對檢修人員既可視又可聽，又可有效地彌補由于管理、麻痹、不負責任、精神恍惚等原因造成的工作漏洞，提醒和糾正有意圖犯罪者的錯誤行為，保證施工人員的人身安全。但是目前開關柜檢修智能警示裝置檢測到范圍內的信號就會報警，無法進行距離的識別，因此下一步需要對警示裝置進行智能化180°范圍內的距離識別升級，并且對硬件系統進行改造升級，使智能警示裝置的應用范圍更加廣泛。

參考文獻

[1]魏彬，王欣，杜岳凡，王小朋，董政，閆立東，劉常軍.開關柜局部放電分析定位[J].電工電氣，2021（09）：50-53.