新型变电站网式安全围栏设计

蒋 超，马庆法，华 卫，孟繁国，于 玲

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南 250012）

新型变电站网式安全围栏设计

蒋 超，马庆法，华 卫，孟繁国，于 玲

（国网山东省电力公司济南供电公司，济南 250012）

针对变电站使用的传统网式安全围栏提示和警告作用不明显的问题，设计一种新型网式安全围栏，通过加装红外对射感应元件和声光报警元件，起到时刻防止人员误入带电间隔，保证人员安全的目的。通过基于ZigBee和红外对射探测器组成的无线传感器网络，实现区域内安全围栏拉网和红外对射的一体化布防。通过后台系统对站内安全围栏布置情况进行监测，可及时发现人员误入及围栏布置错误等问题。现场试验表明，该网式安全围栏增强了检修人员工作环境的安全性，可有效防止人身伤害事故的发生。

红外对射；声光报警；网式安全围栏；无线传感器网络；ZigBee

0 引言

安全围栏是检修工作进行之前，由运维人员执行安全措施的实施工具，对检修人员进行检修工作过程中的工作范围起界定作用，对检修人员的人身安全起保障作用，安全围栏装设是否醒目直接关系到检修人员的生命安全［1］。变电站室外设备进行检修时，常用网式安全围栏将检修设备与带电设备隔离，并加挂“止步，高压危险”标识牌，防止人员误入带电间隔，造成人身伤害危险。

变电站目前使用的网式安全围栏提示和警告作用不明显，为此，设计一种新型网式安全围栏，通过加装感应元件和声光报警元件来增强安全围栏的警告和提示作用，当有人员穿越围栏拉网时，感应元件启动声光报警元件，发出声光报警，起时刻防止人员误入带电间隔，保证人员安全的目的。

1 传统网式安全围栏

传统的网式安全围栏采用固定安装形式，使用时可以根据检修设备的位置进行装设和整体布置，如图1所示。

图1 传统网式安全围栏

传统网式安全围栏仅通过拉网将检修设备与带电设备进行隔离，在人员翻越安全围栏或者在出现拉网损坏、挂钩脱落等异常情况时，警告和提示作用不足，检修人员极易误入带电间隔而造成触电危险。

变电站现场使用的传统网式安全围栏的提示和警告作用不明显，迫切需要一种具有声光报警功能，且能组网监视安全围栏警戒状态的新式安全围栏，明确隔离变电站内带电设备及检修设备，保证运维及检修人员的安全。

2 新型网式安全围栏

2.1 感应元件

感应元件采用主动式红外入侵探测器（Active Infrared Intrusion Detector），也称为红外对射探测器。红外对射探测器由发射机和接收机两部分组成。发射机向装在一定距离的接收机辐射一束红外线，当被遮断时立即触发声光报警［2］。

目前市场上常见的红外对射探测器的探测距离一般为10～1 000 m。GB 10408.4—2000《入侵探测器 第4部分：主动红外入侵探测器》规定辐射信号被完全或按给定的百分比部分遮蔽的持续时间大于40（1±10%）ms，探测器应产生报警状态［3］。若人员身体宽度为30 cm，移动速度为3 m／s，则人体穿越探测器的时间为100 ms，红外对射探测器能可靠触发报警。

2.2 结构组成

室外网式安全围栏为固定安装，而红外对射探测器在工作时要求接收机和发射机轴线重合，为在不同设备检修时均满足以上条件，设计的围栏主体结构如图2（a）所示。

新型网式安全围栏包括四向红外对射探测器、声光报警器、声光报警器基座、固定插销、旋转固定轴、拉网上挂钩固定盘、旋转套筒、拉网下挂钩固定盘、围栏本体基座、拉网、拉网上挂钩和拉网下挂钩。

围栏本体基座固定装设在旋转固定轴的底端，声光报警器基座固设在旋转固定轴的顶端，四向红外对射探测器及声光报警器设置在声光报警器基座上。

拉网上挂钩固定盘固设在旋转套筒的顶端，拉网下挂钩固定盘固设在旋转套筒的底端，三者可绕旋转固定轴的轴线旋转并套装在旋转固定轴上。

图2 新型网式安全围栏组成

如图2（b）所示，四向红外对射探测器包括呈十字排列设置的两个红外对射发射机和两个红外对射接收机，两个红外对射发射机呈90°相交设置，两个红外对射接收机亦呈90°相交设置。拉网上挂钩固定盘上设置绕旋转固定轴的轴线均匀分布的旋转套筒定位孔。

拉网上挂钩固定盘上设有多个与拉网上挂钩配合的上挂钩连接孔，拉网下挂钩固定盘上亦设有多个与拉网下挂钩配合的连接孔。

布置安全围栏时，拉网通过上、下挂钩分别固定于另一围栏的拉网上挂钩固定盘和下挂钩固定盘的连接孔内。挂钩固定后，通过将固定插销插入拉网上挂钩固定盘的旋转套筒定位孔内，将旋转套筒固定，实现两个安全围栏本体之间的拉网连接。

2.3 新型网式安全围栏的布防

通过新型网式安全围栏上的一个红外对射发射机与另一新型围栏上的一个红外对射接收机配合，可以实现两个安全围栏之间的布防，当有人员跨越两个安全围栏之间的拉网时，声光报警器发出声光报警，并将报警信号通过其中的通信模块上传至后台主机。

如图3所示，通过多个新型网式安全围栏的配合，可以实现某一区域的安全围栏拉网和红外对射的一体化布防。

图3 新型网式安全围栏一体化布防

2.4 信号传输

ZigBee网络具有低功耗、低成本、高可靠性且易组网的特点［4-7］，每一组红外对射探测器可以作为一个传感器节点，变电站内的新型网式安全围栏可以构建一个基于ZigBee无线通信协议的无线传感器网络，如图4所示。

图4 基于ZigBee的红外对射探测器组网结构

典型的无线传感器网络节点结构主要包括采集模块（传感器、A／D转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、无线通信模块、能量供应模块［8］。在新型网式安全围栏的红外对射探测器组成的无线传感器网络中其节点结构如图5所示。

图5 红外对射探测器组成的无线传感器网络节点结构

3 现场试验

对新型网式安全围栏进行系统调试，分别针对人员跨越、工器具遮挡、恶劣天气情况各试验100次，对报警次数、无线网络上传后台次数进行统计，试验结果如表1所示。

表1 试验结果

试验表明，新型网式安全围栏对人员跨越准确报警率可达100%，在恶劣天气条件下仍能确保安全隔离带电设备及检修设备，准确报警率高达99%。

将新型网式安全围栏应用于某变电站秋检期间进行现场试验，统计3个月报警次数，试验结果如图6所示。总报警6次，其中2次为某次秋检开工前布置安全措施时提前投入了对射装置造成人员误跨所致，3次为工器具误遮挡导致，1次为大风损坏围栏所致。

图6 某站秋检期间安全围栏报警次数统计

大型敞开式变电站设备多，占地面积大，安全围栏的布置一直是困扰运维人员的难题。新型围栏安装后，通过后台系统的监控软件对站内安全围栏布置情况进行监测，可及时发现并纠正安全围栏的布置错误，降低因安全围栏布置错误而造成人身事故的发生概率。

4 结语

新型网式安全围栏为变电站内安全措施的在线监测提供了一种解决方案。红外对射探测器、无线传感器网络、基于ZigBee的无线通信等新技术在变电站中的应用，实现了对布设的安全围栏实时状态的监测，通过声光报警功能增强了检修人员工作环境安全性，降低检修人员误入带电间隔的危险性，有效防止人身伤害事故的发生，提高了变电站的运维检修安全水平。

［1］李德金.智能感应型夜用安全围栏的研究与应用［D］.济南：山东大学，2014.

［2］王光艳，郑雅堃，裴振宏，等.基于红外对射技术的安全警示系统设计［J］.电子设计工程，2014，22（8）：178-181.

［3］GB 10408.4—2000入侵探测器 第4部分：主动红外入侵探测器［S］.

［4］彭瑜.低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度的无线电通信协议—ZigBee［J］.自动化仪表，2005，26（5）：1-4.

［5］张芸薇.基于ZigBee无线传感网数据采集的设计与实现［D］.大连：大连理工大学，2007.

［6］朱文，袁成，张甦，等.变电站无线温度监测系统设计与实现［J］.水电能源科学，2013，31（2）：79，207-210.

［7］李旭彦.基于ZigBee的无线通信模块射频电磁场抗干扰性能研究［D］.北京：华北电力大学，2012.

［8］司海飞，杨忠，王珺.无线传感器网络研究现状与应用［J］.机电工程，2011，28（1）：16-20，37.

Design of a New Type of Substation Safety Fence

JIANG Chao，MA Qingfa，HUA Wei，MENG Fanguo，YU Ling
（State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Aiming at the problem that the warning function of the traditional network safety fence is not obvious in a substation，a new type of the net security fence is designed.Through the installation of the infrared radiation sensor and the audible and visual alarm component，the purposes of preventing personnel into charged spacing and ensuring the safety of personnel are achieved.Based on the ZigBee and infrared correlation detectors，the integrated protection of the net security fence and infrared correlation of the wireless sensor networks is realized in the area.Through the monitoring of the layout of the safety fence by the background system，problems like fence layout error the entry by mistake can be found in time.Field tests show that it can enhance the safety of the working environment for the maintenance personnel and effectively prevent the occurrence of personal injury accidents.

infrared correlation；audible and visual alarm；net security fence；wireless sensor networks；ZigBee

TP277.1

B

1007－9904（2017）03－0077－04

2016-09-24

蒋 超（1986），男，工程师，从事变电站运维与管理方面的工作；

马庆法（1987），男，工程师，从事变电站运维与管理方面的工作；

华 卫（1969），男，从事变电站运维与管理方面的工作；

孟繁国（1963），男，高级技师，从事变电站运维与管理方面的工作；

于 玲（1972），女，高级技师，从事变电站运维与管理方面的工作。