电力系统远程可视化工作许可装置的研制

作者/ 周刚 尚浩志 王森 冯耀轩 宋明月 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司(浙江 嘉兴 314000)

*基金项目：国家发明专利(编号：2015109687767);实用新型专利(编号：zl:2015210755614);国网浙江省电力公司群众性科技创新项目(编号：5211JX14004R00K24)

周刚(1966-)，男，高级技师，研究方向：电力系统电气试验工作;陈刚，男，副高级工程师，研究方向：电网规划、电力系统及其自动化;王森，男，硕士，工程师，研究方向：变电站运行维护、电力系统及其自动化。

摘要：为了提高传统方式下工作票人工现场许可的工作效率和远程电话许可的可靠性，本文研制出一套电力系统远程可视化工作许可装置。该装置由电源模块、红外线检测模块、光源驱动模块以及报警模块组成，以MT6589为处理器的嵌入式系统为核心，通过内置安卓系统环境支持微信交互功能，可实时与微信端运维人员视频对话互动，实现工作票的远程许可，同时，对于进入变电站人员也实现了实时监控。实际应用表明，本文研制的电力系统远程可视化工作许可装置大大提高了运维人员工作票许可的效率和可靠性。

引言

　　近年来，随着电力系统的发展，无人值班变电所和所内出线间隔不断增多，运行人员的工作任务和压力越来越大。根据电力安全生产规程的相关规定，工作票的许可分为现场许可和电话许可两种。工作票现场许可要求运维人员必须到现场，然而实际情况是，一个集控站下辖多个变电所，每个变电所当天可能又同时许可多种工作票，考虑到运行人员的人数限制，难以对各类工作票都进行现场许可办理。因此，我国电力安全生产规程规定，对部分工作票可进行电话许可办理。但是，目前的工作票电话许可办理只能通过电话语音，不能通过视频明确工作负责人及工作班成员的实际情况，而长时间高负荷的工作会使工作人员注意力下降，工作时可能存在误拿钥匙，误入带电间隔的风险，这无疑增加了电网安全运行隐患。因此，提高运维人员的工作票许可效率和工作票电话许可的安全可靠性，已成为亟待解决的问题。

　　针对现有的工作许可中存在的问题，本文研制出了一种电力系统远程可视化的工作许可装置，该方法已成功应用于220kV及110kV无人值班变电所的工作票许可办理中。

1 电力系统远程可视化工作许可装置概述

　　电力系统远程可视化工作许可装置由电源模块、红外线检测模块^[1-2]、光源驱动模块以及报警模块组成，以MT6589为处理器的嵌入式系统^[3]为核心，通过接收光线传感器模块的输出脉冲辨别当前光线强度，进而控制红外夜视灯的状态，为夜间或者光线较弱情况下的安防镜头提供合适的拍摄环境。在正常情况下，热释电红外传感器会实时监测周围人体信号，一旦检测到周边有人靠近，便通过信号处理器输出触发状态给以MT6589为处理器的嵌入式系统，该嵌入式系统经过快速的数据处理，通过安防镜头拍摄当前场景照片，并通过WIFI发送至手机微信端^[4-5]，发送的微信照片，能使运维人员及时确认是否工作人员进入生产现场。实现向运维人员的实时报警。按下装置面板按钮，系统便会给手机微信端的运维人员拨打电话，此时装置端便可通过扬声器与传话器模块与运维人员进行视频对话，实施工作票的远程许可，十分方便。

　　电力系统远程可视化工作许可装置内部电路框图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 电源模块设计

　　电源模块由USB接口、充电电池以及辅助电源组成。正常情况下，由额定电压3.7V，容量为3100mAh的锂电池给辅助电源供电，在电量不足时，可通过USB接口充电，以保证系统的正常供电。

　　装置内置锂电池的额定电压为3.7V，充满时为4.2V，而系统内部电路的工作电压为3.3V，因此，必须通过辅助电源进行降压稳压。MT6320_LDO模块是一款常用的低压差三端线性稳压器件，此模块能够实现输出多种电压值并且十分稳定，满足内部电路的电压需求。其原理图如图2所示。

2.2 红外线检测模块设计

　　红外线检测模块由热释电红外传感器、信号处理器和嵌入式系统中内置的主控制器组成。热释电红外传感器输出的模拟信号，由内置AS083信号处理芯片的信号处理器进行转换，去除干扰信号，提取有效信号，输出触发状态给主控制器进行判断。

　　RE200B是PIR人体热释电红外传感器，选用高品质球状菲涅尔透镜收集红外感应信号，可双向感应，灵敏度高，检测距离可达4~6m。该传感器采用热释电材料极化时随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。

　　U2(AS083)是一个CMOS 工艺集成的PIR(Passive Infra-Red)控制器芯片，功耗很低。其内部构架采用模拟及数字混合电路的Mixed-mode 方式设计，各种情况下使用皆十分稳定。AS083采用第三代PIR人体热释红外线探测技术方案，内置高精度算法单元，可自调整适应当前环境，滤除环境干扰，有效提取人体信号，最远感应距离高达十几米。实际应用电路相当简单，研发、生产无需调试，大幅降低生产成本、节省空间。

　　RE200B第2脚输出随红外感应变化的模拟电压信号，该信号接至AS083的第3脚PIR输入端，PIR信号在AS083内部，经过运放阻抗匹配，再通过信号采集和算法单元，转换成高低电平的状态信号，从第6脚out端输出至后级MOS管。Out端平时为低电平，检测到人体信号时，输出高电平，此时MOS管导通，主控制器可接收到低电平信号。

　　热释电红外传感器与信号处理器的原理图如图3所示。

2.3 光源驱动模块设计

　　光线传感器在晚上或者光线较弱的情况下触发开启红外夜视灯，为安防镜头提供合适的拍摄环境。

　　光线传感器的主要部分为一种型号为5506的光敏电阻。5506光敏电阻是一种对光敏感的元件，它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)的变化而变化。在白天光照较强(10Lux)时，光敏电阻RL阻值仅为2KΩ~5KΩ， S8050集电极输出低电平信号;在夜间或光线强度较弱时，光敏电阻RL阻值为0.2MΩ，S8050集电极输出高电平信号，该信号输出给嵌入式系统中的主控制器从而实现对红外夜视灯的控制。光线传感器原理图如图4所示。

2.4 报警模块设计

　　报警模块由扬声器、安防镜头组成。在正常情况下，热释电红外传感器一旦检测到周边人体信号，便会输出模拟信号，经过信号处理器的处理、转换，输出触发状态给以MT6589为处理器的嵌入式系统，该嵌入式系统经过快速的数据处理通过安防镜头拍摄当前场景照片并发送至手机微信端，同时，扬声器发出相关提示音，如：变电重地、高压危险、闲人莫入等提示。同时，实现向手机终端的实时报警。

　　安防镜头采用统一标准的MIPI接口，对于不同的接口芯片和模块，更改结构设计和输出功能时更加快捷方便。其更低功耗、更高数据传输率和更小的PCB占位空间的优点，并且专门为移动设备进行的优化，十分适合手机等设备的连接。安防镜头原理图如图5所示。

　　本装置采用的是一种型号为240326000031，频率范围在100Hz~10KHz的扬声器。扬声器原理图如图6所示。左边部分为接收到的语音信号在电源管理集成电路内部的音频信号放大电路，右边部分电路为语音信号由电源管理集成电路出来后发送到接收器的过程。

　　热释电红外传感器通过信号处理器连接于主控制器，且该主控制器内置于MT6589为处理器的嵌入式系统中，并构成所述的红外线检测模块，所述的嵌入式系统通过串口与传声器和扬声器通讯连接，在触发情况下，嵌入式系统通过传声器向微信端发送语音，同时，嵌入式系统也可将微信端的语音信号接收并通过扬声器发声。传声器原理图如图7所示。

3 软件系统设计

　　如图8所示，系统开机后，首先进行相关产品配置及初始化工作，在这完成后，程序依次循环判断热释电红外传感器、面板按钮、视频通话各种触发信号，检测周围环境是否异常并查询是否需要进入人机交互状态。在整个过程若有信号触发，立即进入相应的处理程序;如果整个过程没有信号触发，系统将再次进入检测状态，整个过程一直持续到系统关机。

4 装置特点

　　1)结构简单，重量轻，安装使用方便;

　　2)实现对无人值班变电所的实时监控报警，保证变电所内设备安全可靠运行;

　　通过装置的热释电红外感应器，对未经许可闯入、误入无人值班变电所的人员，实现向集控站运维人员的实时报警;

　　3)具备可视化功能，实现工作票的远程可视化许可，提高运维人员的工作票许可效率。

　　通过装置的远程视频对话功能进行工作票的远程许可，省时省力，减轻了运维人员的工作压力。

5 结论

　　针对目前电力系统中工作票许可中存在的困难和问题，研制出了一种电力系统远程可视化工作许可装置，本文从硬件、软件和装置特点三个方面对装置进行了介绍，得到以下结论：

　　1)本文介绍的电力系统远程可视化工作许可装置，可实现工作票的远程许可，减轻了运维人员的工作压力，大大提高了工作票的许可效率;同时，节约了人力、财力、物力，具有很大的经济效益。

　　2)本文介绍的电力系统远程可视化工作许可装置，解决了传统的工作票电话许可不能通过视频对话核实工作负责人及工作班成员实际工作情况的困难，实现了对安全生产的把关，为变电所内设备安全可靠运行增添了一份保障。

　　3)在实际应用中，本文介绍的电力系统远程可视化工作许可装置进行工作票的远程许可，切实可行，这对于提高电力系统的安全稳定运行及减少生产运行成本具有重要的积极意义。

　　参考文献：

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　　[4]周建,周杏鹏,周强,等.嵌入式系统基于GPRS的Internet无线接入设计[J].仪表技术与传感器,2005(12):27-28.

　　[5]周刚,钱军,陈刚,等.电力系统远程可视化工作许可装置: 中国,CN205336442U[P].2016-06-22.

　　本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第41页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。