设备状态智能感应语音播报器的设计与实现

文/魏亚瑟 胡香 耿照江 王思谨

1 引言

变电站设备目前存在运行、热备用、冷备用、开关检修、线路检修、开关及线路检修等多种设备状态，而设备状态和多种开关状态相关。例如，当设备处于冷备用状态时,隔离开关和断路器均在分闸位置,隔离开关和断路器闭合时,设备切换到运行状态。当设备处于检修状态时,隔离开关和断路器位于分闸位置。因此，通过对相应开关(刀闸)状态的检测，可以获取当前变电站设备的状态。

变电检修工作人员在实际工作中需要打开工作间隔对应的围栏，方可进入并开展相关工作。近些年，变电站工作时由于人员误入带电间隔导致触电、设备被迫停电的事故常有发生。如在热备用状态，线路出线断路器处于断开位置，两侧隔离闸刀仍然闭合。在热备用状态下，线路上不允许进行常规检修作业，这是由于线路随时可能恢复送电，如进行常规检修作业，将有很大的风险。根据《安规》要求，判断设备位置需要检查设备的实际状态，若无法直接看到实际位置，需要至少两个非同样原理或非同源的指示均显示设备确在该位置才能判断设备的实际位置。近些年，工作人员在变电站工作时，有可能无意中跨过带电设备遮拦，误入带电间隔进行工作，导致触电、设备被迫停电的事故常有发生。如何杜绝此类事故发生，是一个比较重要的研究课题。

因此，本文拟开发一个能够智能感应设备状态的装置，通过检测开关状态而确定设备状态。该设备拟安装在带电设备围栏开口处，感应到工作人员靠近，即用语音播报设备运行状态，对工作人员起到了警示作用。

2 技术方案

该装置可分为两部分。如图1所示，分为开关状态感知模块、人体感应模块和语音播放模块。开关状态感知模块接入端子箱，借由接入间隔内设备的不同电气量来判断间隔的状态，再将相应信息传到主控芯片。人体感应模块和语音播放模块放置于带电间隔的出入口处，在感应到人员时播放出相应信息。

2.1 变电站开关状态自动感知

本发明能够检测六组选择开关的拨档组合，实现运行、热备用、冷备用、开关检修、线路检修、开关及线路检修等多种设备状态的自动感知。

所依据的原理是：开关状态发生变化（如开和关）后，电网潮流分布发生了变化，因此根据电网中的电压、电流和功率等物理量，可推导出开关的不同拨挡组合。具体实现中，在每个开关的远离母线侧方向处，増加感应器，并建立“开关状态-电流”计算模型：

（1）根据开关分合状态，将电网物理模型转为等效电路模型，并统计各节点的电源和负荷功率，设置好初始条件；

（2）根据等效电路，形成节点电压方程，求得节点电压，再计算支路功率和电流；

（3）根据电流和电压互感器在电网物理模型中的配置地点，从支路功率和电流，求出电流和功率量测值，建立关联。

2.2 带电间隔人体靠近检测

该设备采用微波雷达人体感应传感器，如图2(a)所示，能够检测并准确判断人体，只有当某种近人大小且有在体温相近的温度物体接近出入口附近的指定区域时，才可触发感应器播报。并解决误触发、多重触发问题。

主控芯片采用STC8F2K08S2单片机，如图2(b)所示，尺寸小，仅为长72mmX宽63mmX高18mm。外围电路非常简单，有两个硬件串口。但其内部RAM扩展到了2K字节,内部时钟频率可达27MHz，适用于本文的应用环境，即接口需求小但RAM需求高。

该设备拟安装在带电设备围栏开口处，以便感应到工作人员靠近，如图3所示。

2.3 智能语音报警

在感应器感应到人员接近时，该模块迅速以标准语音和合适音量将当前间隔的名称、编号、状态等因素播放出来。

语音播报电路由语音芯片、一个播放器和外围电路搭建而成。语音控制芯片采用JQ8900芯片，支持MP3、WAV硬件解码，支持FAT文件系统。内部采用DSP硬件解码，支持90dB，信比为85dB。支持7种播放模式控制，可通过程序设定，修改不同设定，如该播放的语音、音量大小、语速等等。

3 现场实验

在实际工作中，应用到国网奉化供电西坞供电所进行变电所巡查，在工作人员靠近安装在户外设备间隔围栏时，安装在围栏开口处的设备状态智能感应语音播报器，根据运行特性和设备情况，播报状态为“热备用状态”。工作人员听到智能播报，即停止进入带电隔间，避免了由此导致的事故或者人员伤亡事件，保障了电力工人的安全工作。

图1：设备技术架构图

图2

图3：设备安装位置示意图

进行慈溪变电所巡查过程中，在靠近安装在户外设备间隔围栏时，安装在围栏开口处的设备状态智能感应语音播报器，根据运行特性和设备情况，播报状态为“维修状态”。检修状态是指线路出线断路器及其两侧隔离闸刀同时处于断开状态，断路器两侧(动静触头)均无电压，且线路一侧通过接地刀闸或三相短路接地线与大地连通的状态。在线路施工中，常常是工作点两侧悬挂三相短路接地线。在该状态下，工作点两端挂设有接地线,使用第一、第二种工作票及相对应的安全措施即可保证施工中的安全操作。

4 结论

近些年，变电站工作人员误入带电间隔导致触电、设备被迫停电的事故常有发生。《电力安全工作规程》第1.8条规定:“所谓运用中的电气设备,系指全部带有电压、一部分带有电压或一经操作即带有电压的电气设备”。因此，如何防止此类事故发生，是一个比较关键的研究课题。

本文提出了一种变电站设备状态的智能感应语音播报器，以提醒工作人员不要在带电阶段进入限定区域。同时通报变电站设备的状态，不需要跨越遮拦进行核对。该方案安装简单而有效，可推广到各处变电站，保证电力系统安全运行。