［摘 要］變電站高壓場(chǎng)地作業(yè)安全問(wèn)題不容忽視。文章基于場(chǎng)地作業(yè)安全布防現(xiàn)狀，研究一款新型智能安全防護(hù)裝置。該裝置應(yīng)用智能識(shí)別及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)攝像組，在高壓工作場(chǎng)地形成電子防護(hù)圍欄，實(shí)時(shí)檢測(cè)工作人員不安全工作行為，并發(fā)出告警信號(hào)。依托移動(dòng)客戶端小程序，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)況靈活設(shè)置監(jiān)控范圍及告警參數(shù)。應(yīng)用表明，該裝置可有效解決高壓場(chǎng)地作業(yè)布防、撤防復(fù)雜的現(xiàn)狀。

［關(guān)鍵詞］變電站；高壓場(chǎng)地；智能安全防護(hù)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

［中圖分類號(hào)］TM75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）03–0053–03

1 問(wèn)題的提出與分析

變電站高壓場(chǎng)地作業(yè)空間的安全需重點(diǎn)關(guān)注。電力系統(tǒng)高壓場(chǎng)地開(kāi)展擴(kuò)建、改造及檢修施工時(shí)，施工人員的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高。吊車或高空作業(yè)車等大型機(jī)械存在視野盲區(qū)，大型機(jī)械設(shè)備在高壓場(chǎng)地空間作業(yè)發(fā)生各種臨近放電、設(shè)備誤觸等事故屢見(jiàn)不鮮，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，造成不良影響。

目前對(duì)吊車或高空作業(yè)車等大型機(jī)械在高壓場(chǎng)地施工的安全風(fēng)險(xiǎn)管控，主要采取安全遮攔、現(xiàn)場(chǎng)人員監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等手段。通過(guò)管理手段，雖然可抑制事故的發(fā)生，但依然無(wú)法達(dá)到理想的安全水平。

在高壓場(chǎng)地，傳統(tǒng)檢測(cè)方法一般是設(shè)置實(shí)體圍欄，這種傳統(tǒng)的安全措施可能無(wú)法滿足高壓場(chǎng)地作業(yè)空間的特殊需求。無(wú)法對(duì)高電場(chǎng)地作業(yè)人員提供有效防護(hù)。此外，高壓場(chǎng)地作業(yè)空間的場(chǎng)地電壓源的布置通常相對(duì)復(fù)雜，受設(shè)備運(yùn)行方式和室內(nèi)條件影響較大。

基于以上問(wèn)題，文章研究一款新型智能安全防護(hù)裝置。該裝置可有效解決高壓場(chǎng)地作業(yè)布防、撤防復(fù)雜的現(xiàn)狀。

2 智能安全防護(hù)裝置的研制原理

2.1 模型組成

如圖1 所示，裝置由異物入侵檢測(cè)模塊、激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊裝置、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、小程序客戶端、后臺(tái)中樞管理系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警設(shè)備，可復(fù)用電池電源模組系統(tǒng)等7 部分組成。

（1）異物入侵檢測(cè)模塊。用于特定區(qū)域監(jiān)視，其基于圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作所屬區(qū)域的異物越界情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)到所屬區(qū)域有入侵行為則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)通信模塊將告警信號(hào)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口模塊。通過(guò)多組不同視角、不同方位的攝像頭（圖2）相互配合，構(gòu)成電子圍欄，并結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，形成區(qū)域大屏監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作所屬區(qū)域進(jìn)行智能監(jiān)控。

（2）激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊。激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊如圖3 所示，安裝在吊車的吊臂上，用于測(cè)量高電壓設(shè)施與吊車、吊臂之間的距離。該模塊包括數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)讀取所測(cè)距離信號(hào)。并發(fā)送至報(bào)警信號(hào)給網(wǎng)絡(luò)接口模塊，當(dāng)距離小于安全值時(shí)，將發(fā)出告警信號(hào)，該告警信號(hào)由網(wǎng)絡(luò)接口模塊發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警。

（3）后臺(tái)中樞管理系統(tǒng)。具備接口管理、參數(shù)管理、用戶管理、信息管理等功能。注冊(cè)用戶登錄后，根據(jù)不同權(quán)限等級(jí)，可查看設(shè)備工作情況，以及設(shè)備告警信息等，也可以對(duì)設(shè)備的布防狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

（4）小程序客戶端。移動(dòng)客戶端可通過(guò)微信小程序連接異物入侵檢測(cè)模塊和激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊。工作人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境設(shè)置相應(yīng)電子圍欄參數(shù)，同時(shí)可監(jiān)測(cè)和查看裝置的基礎(chǔ)信息和人工作狀態(tài)。

2.2 f8df40f0efaf6c524dc501a71300297e工作原理

異物入侵檢測(cè)模塊設(shè)置有多個(gè)攝像頭組（一般設(shè)置4 組及以上）和第一數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)（異物入侵檢測(cè)模塊和動(dòng)態(tài)激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊均含有數(shù)據(jù)交換中心模塊，分別用第一數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)將兩者區(qū)分）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，攝像頭組分別設(shè)置在高壓電場(chǎng)作業(yè)空間的不同區(qū)域，多組攝像頭相互配合構(gòu)成監(jiān)控圍欄。攝像頭產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的條件是：有設(shè)定大小異物或人接觸、經(jīng)過(guò)、跨越監(jiān)控區(qū)域。

當(dāng)監(jiān)控區(qū)域的攝像頭檢測(cè)到大型機(jī)械的吊臂、勾爪等可活動(dòng)器械在行進(jìn)時(shí)越過(guò)規(guī)定距離監(jiān)控界面，或者檢測(cè)過(guò)程場(chǎng)地作業(yè)人員違規(guī)接觸高壓設(shè)備時(shí)，攝像頭生成報(bào)警信號(hào)并通過(guò)通信模塊發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)接口模塊，報(bào)警信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口模塊傳至現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警設(shè)備為戶外聲光報(bào)警器。網(wǎng)絡(luò)接口模塊包含無(wú)線高射頻通訊模塊和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)出口模塊。

激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊安裝在大型機(jī)械的吊臂上，其關(guān)聯(lián)第二數(shù)據(jù)交換中心系統(tǒng)，可設(shè)置4m、8m 及10m 3 種安全距離參數(shù)。該模塊主要功能是測(cè)量障礙物與吊臂之間的距離，當(dāng)所測(cè)距離小于安全距離參數(shù)時(shí)，將發(fā)出告警信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)對(duì)應(yīng)的無(wú)線高射頻通訊模塊傳輸至網(wǎng)絡(luò)接口模塊，并進(jìn)而發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警產(chǎn)生聲光報(bào)警。第二數(shù)據(jù)交換中心模塊支持藍(lán)牙接口，通過(guò)手機(jī)小程序可以進(jìn)行布防、查詢等操作。

激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊裝置報(bào)警條件如下。

（1）當(dāng)激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊裝置監(jiān)測(cè)到障礙物與吊臂的距離D 滿足2 m ＜ D ≤ 4 m 時(shí)，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產(chǎn)生一級(jí)警告信號(hào)。

（2）當(dāng)激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊裝置監(jiān)測(cè)到障礙物與吊臂的距離D 滿足1 m ＜ D ≤ 2 m 時(shí)，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產(chǎn)生二級(jí)警告信號(hào)。

（3）當(dāng)激光聲波雙重動(dòng)態(tài)距離檢測(cè)模塊裝置監(jiān)測(cè)到障礙物與吊臂的距離D 滿足D ≤ 1 m 時(shí)，第二數(shù)據(jù)交換中心模塊產(chǎn)生三級(jí)警告信號(hào)。

可復(fù)用電池電源模組采用220 V 交流轉(zhuǎn)12 V 直流方式，并提供2 000 A 的大容量電能存儲(chǔ)能力。當(dāng)外部電源供電出現(xiàn)故障時(shí)，將自動(dòng)切換到備份的電池電源模組?？蔀榫W(wǎng)絡(luò)接口模塊和攝像頭提供24 h 工作電源，在電源耗盡后可再次充電。

攝像頭使用了支持區(qū)域入侵檢測(cè)智能算法以及支持告警輸出的攝像頭。布防時(shí)，將攝像頭對(duì)準(zhǔn)需要被保護(hù)的區(qū)域并設(shè)置物體入侵檢測(cè)范圍，設(shè)置告警聯(lián)動(dòng)，當(dāng)產(chǎn)生告警時(shí)告警接口高低電平輸出發(fā)生變化，進(jìn)而發(fā)送告警信息，檢測(cè)和上報(bào)告警在0.3 s 內(nèi)完成。告警通過(guò)物理接口通知外置的數(shù)據(jù)交換中心模塊，該模塊將告警上報(bào)到網(wǎng)絡(luò)接口模塊，網(wǎng)絡(luò)接口模塊觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)警報(bào)設(shè)備，整個(gè)過(guò)程在1 s 內(nèi)完成。網(wǎng)絡(luò)接口模塊并將此次告警送到后臺(tái)中樞管理系統(tǒng)，并在服務(wù)器進(jìn)行記錄存檔，可作為將來(lái)事件回溯的參考依據(jù)。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過(guò)多組攝像頭不同作業(yè)區(qū)域的設(shè)置和不同角度設(shè)置，形成多個(gè)豎直警示平面，由多個(gè)警示平面相互配合構(gòu)成職能監(jiān)控電子圍欄并能發(fā)出告警，實(shí)現(xiàn)全方位、數(shù)字化、在線化、智能化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，不僅現(xiàn)場(chǎng)人員能夠即時(shí)了解作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，遠(yuǎn)程人員也可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警實(shí)時(shí)掌握作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，有效保證了人身及設(shè)備安全。

（2）通過(guò)超聲波布防檢測(cè)障礙物距離和智能鎖實(shí)時(shí)報(bào)警，完全改善了現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)及創(chuàng)新作業(yè)監(jiān)督的靈敏性、實(shí)時(shí)性和安全性。

（3）通過(guò)安全距離和越界檢測(cè)雙重化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施連續(xù)、不間斷的監(jiān)控，對(duì)危險(xiǎn)行為及時(shí)智能提醒，安全性大幅提升。

（4）采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及三制式網(wǎng)關(guān)，使報(bào)警及防護(hù)功能更快、更智能、更規(guī)范、更安全。

（5）后臺(tái)提供整套系統(tǒng)管理能力，可以項(xiàng)目為單位進(jìn)行安措設(shè)備的管理，可進(jìn)行告警管理，可進(jìn)行設(shè)備管理。

（6）該系統(tǒng)操作日志在服務(wù)器進(jìn)行記錄存檔，可作為將來(lái)事件回溯的參考依據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高壓場(chǎng)地作業(yè)空間智能安全防護(hù)裝置是基于先進(jìn)的技術(shù)和智能化功能的一種安全保護(hù)裝置。通過(guò)智能感知和監(jiān)測(cè)、智能預(yù)警和報(bào)警以及結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)等技術(shù)，該裝置有效解決了由于變電站電氣設(shè)備空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間布置緊湊，變電站施工作業(yè)區(qū)域電場(chǎng)分布復(fù)雜多變，作業(yè)人員施工過(guò)程中誤碰帶電設(shè)備的問(wèn)題，保護(hù)了工人在高壓場(chǎng)地作業(yè)空間中的安全，這種裝置的應(yīng)用將為工業(yè)領(lǐng)域的安全管理帶來(lái)重要的進(jìn)步，提高工作場(chǎng)所的安全性和生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

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