变电站高压开关柜检修智能警示装置研制分析

接晓霞 胡发明 余伟 王琦明 李志天

摘要：10KV或者35KV开关柜检修中，对柜体检修时内部带10KV或者35KV的电压，带电体外侧只有一块薄薄的铁皮阻挡，在检修中存在一定的安全隐患。在新版的《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）做了如下的规定。2.3.1.4规定：开关柜可触及隔室、不可触及隔室、活门和机构等关键部位在出厂时应设置明显的安全警告、警示标识。柜内隔离金属活门应可靠接地，活门机构应选用可独立锁止的结构，可靠防止检修时人员失误打开活门。但是在使用的一些老式的开关柜里并没有有明显的警示标示，存在一定的安全隐患。为了能杜绝安全事故的發生，剔除安全隐患，引起现场操作人员的警惕，在检修过程中需要对操作人员进行明显的安全警示提醒，包括灯光等提醒。所以特研制一款使用范围广，且实用的警示装置势在必行。

关键词：高压开关柜;检修;智能警示装置

1.设计原则

本项目的开发研制是基于现实需求和现实应用的思路出发，遵循绿色环保，安全高效的数字化赋能原则，遵循以下几个原则：

（1）增加现场施工的安全系数但不增加工作量;（2）适用于不同电压等级开关柜的警示装置;（3）方便适用和携带。

技术路线和实现的功能要求如下几点：（1）近距离红外检测及声光报警系统;（2）整体外观结构操作使用方便;（3）自带锂电池，能保持长时间运行。

2.结构组成

开关柜检修智能警示装置采用STM32L051C8T6的微控制器、PIR人体运动传感器及物联网技术，实现现场实时监测报警和远程管理功能。开关柜检修智能警示装置由运算中心，前端红外实时监测单元，报警单元，电源单元组成。

2.1运算中心

2.1.1主控芯片

开关柜检修智能警示装置主控制芯片采用的是美国意法半导体（ST）公司生产的型号为STM32L051C8T6的微控制器。该控制器是基于STM32L0系列Cortex-M0+超低功耗MCU。STM32L0MCU的每个部分都通过优化达到了卓越的低功耗水平。由此产生了功耗性能破纪录的真正超低功耗MCU。ARM®Cortex®-M0+内核与STM32单片机超低功耗特性的独有结合，使STM32L0MCU非常适合电池供电或供电来自能量收集的应用。

2.2前端红外实时监测单元

开关柜检修智能警示装置的前端红外实时监测端采用了人体感应模块PIR模块-红外模块热释电人体红外传感器。感应距离0-5米，输出高电平，H=3.3V，L=0V，供电直流3.3V-12V，静态电流20uA。

灵敏度高，响应速度快，静态功耗小，体积小巧，易于安装。

2.3报警单元模块

开关柜检修智能警示装置的报警单元由爆闪灯光报警和语音报警，远程报警组成。

2.3.1爆闪灯光报警：采用6颗爆闪红LED灯，低功耗，高亮度。

2.3.2语音报警模块

语音报警模块采用WTN6040-8S工业级语音芯片作为语音驱动电路核心。语音芯片输出后通过功率放大芯片LM4890来驱动高音喇叭，来播放录制的语音消息。

WTN6040-8S工业级语音芯片，低功耗，高性能的CMOS语音芯片。可以录制多种语音音频;喇叭声音报警可达120分贝，声音响度可调;

2.3.3远程报警

采用荷兰greenpeakGP590芯片，通信协议采用greenpower超低功耗协议，可以直接把报警信号以短信的方式直接传输到指定的手机上。也可以通过zigbee协议与dusun的智能网关进行连接，并通过网关把传感器数据传送到dusun的云端或者是客户指定的云端，实现物联网功能。

2.4电源模块

开关柜检修智能警示装置的电源可以用市电220V直接供电，或者以自带锂电池供电。

开关柜检修智能警示装置的运行功率在5W左右，锂电池的功率为800mAH，连续运行时间可以达到5个工作日。

电源模块由锂电池，电池供电电路，电压转换电路组成。

2.4.1电池供电电路

采用专用锂电池管理芯片IP5306，该芯片是大电流高集成度移动电源SOC，具有以下特性：

同步开关充放电：

2.4A同步升压转换，2.1A同步开关充电，升压效率高达92%，充电效率高达91%，内置电源路径管理，支持边充边放。

充电：自适应充电电流调节，支持4.20/4.30/4.35/4.40V电池

功能丰富：内置照明灯驱动，自动检测手机插入和拔出

低功耗智能识别负载，自动进待机，待机功耗小于100uA

BOM极简：功率MOS内置，单电感实现充放电

多重保护、高可靠性：出过流、过压、短路保护;输入过压、过充、过放、过流放电保护;整机过温保护;ESD4KV，瞬间耐压12V

2.5外观结构设计

开关柜检修智能警示装置尺寸大小为高14.5cm*φ8.5cm，并且底部装有软磁铁，可以根据现场的需要安装的开关柜底部或者侧面。

3.技术要点总结

（1）以STM32L051C8T6的微控制器为核心的，采用PIR人体运动传感器实现近距离开关柜实时的红外检测。

（2）设计国网版的语音播报内容，根据现场的需要进行切换。

（3）利用物联网技术可以进行实时的远程手机报警。

4.使用特点及效果

该装置使用近距离红外线探测和声光报警系统，在检修过程中能给操作者明显地发出安全警告。使用本装置可以在不增加工作量的情况下，增加现场施工的安全系数，安全可靠，灵敏度高，质量有保证;且适用于不同等级的开关柜，方便使用和携带。

5.结束语

高压开关柜在检修过程中触电事故时有发生，其所产生的严重后果往往令人痛心。变电所高压开关柜检修智能预警装置的开发较好地解决了这一问题，它采用红外探测技术，结合语音警告、灯光警示技术，对检修人员既可视又可听，又可有效地弥补由于管理、麻痹、不负责任、精神恍惚等原因造成的工作漏洞，提醒和纠正有意图犯罪者的错误行为，保证施工人员的人身安全。但是目前开关柜检修智能警示装置检测到范围内的信号就会报警，无法进行距离的识别，因此下一步需要对警示装置进行智能化180°范围内的距离识别升级，并且对硬件系统进行改造升级，使智能警示装置的应用范围更加广泛。

参考文献

[1]魏彬，王欣，杜岳凡，王小朋，董政，闫立东，刘常军.开关柜局部放电分析定位[J].电工电气，2021（09）：50-53.