智能临时接地线管理系统的实现

王波勇，唐晓波

(武汉大学，湖北 武汉 430072)

0 引言

随着我国国民经济的飞速发展，电网安全运行已经引起了社会各方的高度关注。然而，每年各电力公司都需要进行预试、大修、小修等大量需要停电的工作，相关部门往往将工作重点和注意力放在如何完成检修任务和缩短检修工期上，对于涉及安全的接地线管理则可能仍停留在制度层面上。在操作过程中，带接地线合闸送电、带电接地线等恶性事故时有发生，极大地危害了电力系统、设备以及人身的安全，并给社会造成了巨大的经济损失。

因此，设计了智能接地线管理系统。该系统采用信息监控与管理软件，实现全过程数字化闭环管理，从根本上杜绝因接地线操作和检修操作不当而造成的人身伤亡事故和财产损失。

1 系统结构与工作原理

智能临时接地线管理系统由现场主站、接地线、验电器状态传感器、检修负责人终端机、智能工器具存放柜和系统主机组成，其系统结构及原理如图1 所示。

图1 智能临时接地线管理系统结构及原理

(1)现场主站是一个体积较小的装置，贴装或绑在工器具上，负责采集工器具的工作状态、与检修负责人终端机通信获取终端机状态、主站GPS位置并通过GPRS 方式发送现场实时状态信息到数据接收器。

(2)接地线和验电器状态传感器安装在接地线和验电器上，负责传感工作状态，并通过无线信号将状态信息发送至现场主站。

(3)检修负责人终端机体积很小，装在检修负责人安全帽内，可感应检修工作区内的电场强度，如电场强度超过阈值会发出声音报警。在工作过程中，实时将电场强度信息、负责人ID 号以无线传输方式发送给现场主站。

(4)智能工器具存放柜通过无线模块间通信获取柜内接地线、验电器等工器具的存放状态，以确定工器具是存放在柜内还是在使用中。柜内有自动温湿度环境控制设备，可保证工器具长期正常使用，避免工器具受潮或老化。

(5)系统主机是一台服务器，装有智能临时接地线管理软件，软件具有参数设置、数据接收、数据处理存储和报警等功能。系统软件可设置工器具、现场主站、工器具传感器、检修负责人终端机参数和现场负责人的手机号以及工器具操作步骤。当收到实时数据后，系统软件可根据设置参数判断现场检修场地GPS 位置和工器具操作步骤是否正确，接地线工作状态是否正常，检修负责人是否在工作区，工作区是否带电，现场清理时是否有接地线遗留和检修负责人是否撤出，并定时将判断结果发送至现场负责人手机或检修负责人终端机上。

该系统通过对检修人、工器具、工作步骤实时全程监控，即时检查和报告检修过程中的操作事件，一旦出现不按工作步骤操作事件立即提示或报警，从而杜绝各种不规范的操作行为。

2 系统实现

2.1 现场主站

现场主站主要由GPS 模块、STM32 控制器、GPRS 模块、无线模块和语音模块、指示灯和锂电池等组成，如图2 所示。GPS 模块负责接收GPS位置信息，GPRS 模块负责与系统主机通信，无线模块负责与检修负责人终端机和状态传感器通信，状态指示灯用于指示工器具的状态，STM32 控制器读取GPS 位置信息、检修负责人ID 和电场强度信息、工器具状态，并根据读取信息判断是否启动喇叭报警和提示，按钮用于切换工作模式。

图2 现场主站结构

2.2 接地线、验电器状态传感器

(1)接地线状态传感器由位移传感器、指示灯、单片机、无线模块和电池组成，如图3 所示。

图3 接地线状态传感器结构

位移传感器分别装在接地线的导线端和地线端，用于传感接地线挂接状态和线夹锁接状态。单片机定时将接地线挂接状态通过无线模块CC1101发送至现场主站。

(2)验电器状态传感器由位移传感器、验电模块、指示灯、单片机、无线模块和电池组成，如图4 所示。

图4 验电器状态传感器结构

验电器状态传感器安装在导线卡接处用于传感卡接状态。验电模块负责测试高压端是否带电，单片机定期将验电结果通过无线模块CC1101 发送至现场主站。

2.3 检修负责人终端机

检修负责人终端机由电场传感器、蜂鸣器、无线模块、单片机和电池组成，如图5 所示。

图5 检修负责人终端机结构

单片机实时检测电场强度，同时将电场强度发送至现场主站。若电场强度超过警戒阈值，单片机启动蜂鸣器。蜂鸣器会根据不同的电场强度发出不同的声响，以提示检修负责人。

2.4 智能工器具存放柜

智能工器具存放柜由温湿度传感器、蜂鸣器、无线模块、GPRS 模块、单片机、电池、除湿机和空调器组成，如图6 所示。

图6 智能工器具存放柜结构

单片机监测柜内温湿度，当温湿度超过规定范围时，启动除湿机和空调器，如有故障，启动蜂鸣器报警。单片机通过无线模块与柜内的现场主站通信，判断库存状态，并通过GPRS 模块将库存状态、柜内温湿度发送至系统主机。

2.5 系统主机

系统主机由服务器和系统软件组成。系统服务器接入移动GPRS APN 专网，实时与现场主站和机柜内的控制单元通信。系统软件可实时接收、显示并记录现场状态信息，进行接地线等工器具出入库管理和事件报警等。

3 系统运用

以某一条35 kV 线路现场检修为例，介绍智能临时接地线管理系统在实际线路检修工作中的运用过程。要执行的任务是在35 kV 线路一基塔上对A，B，C 3 相绝缘子分别进行严密测试，其具体运用过程如下。

(1)填写工作票，通知调度，申请线路停电。

(2)线路停电后，检修负责人接到工作许可后在智能工器具存放柜内取出接地线、验电器、带有检修负责人终端机的安全帽等工器具，查看系统主机软件运行、工器具及现场主站和状态传感器是否正常。如果正常，软件会发送短信给现场检修负责人手机，提示诸如“地线已取出，地线编号：0007”等，现场主站、检修负责人终端机、状态传感器运行指示灯正常显示，系统软件会显示接地线、验电器、检修负责人安全帽已取出、检修负责人的人数和人员姓名、接地线GPS 位置。

(3)到现场后,戴上安全帽上塔，按下现场主站按钮，现场主站语音提示“请使用验电器，确认导线不带电”。使用验电器接触到导线，现场主站接收到验电器不带电状态后，会语音提示“请安装接地线地线端”；若验电器带电，现场主站启动语音报警。当接地线地线端安装完毕，现场主站会提示“请安装接地线导线端”。导线端安装完毕，现场主站提示“接地线安装完毕，可以开始检修工作”。在此期间，若接地线因导线晃动造成卡接不良，现场主站会提示未挂接好。若工作中离其他带电导线较近，导线产生的电场超过设置电场阈值，安全帽上的检修负责人终端机蜂鸣器会发出声响提示。现场主站自离开智能工器具存放柜后，每隔1 min 采集1 次状态信息，并将数据发送至系统主机。

(4)绝缘子清扫和检测工作完毕后，按下现场主站按钮，系统提示“检修工作完毕，请拆除接地线”。若此时不拆除接地线，而检修负责人下塔离开现场，现场主站检测到检修负责人离接地线距离超过500 m，检修负责人终端机启动蜂鸣器提示拆除接地线，现场主站立即语音警示提示，并且现场主站发送短信至现场负责人手机，提示“接地线未拆除，检修负责人已离开现场，请马上处理”。

(5)下塔撤离现场后，关闭工作票。调度员通过系统可看到接地线已拆除，现场负责人接收到现场主站的短信提示“接地线已拆除”。

(6)将接地线归位至智能工器具存放柜中，若接地线、安全帽等数量与出库时的数量不一致，智能工器具存放柜会语音提示，以防丢失。

该实例表明：接地线从出库到工作现场，从工作现场到入库的整个过程都有迹可查，整个接地线操作过程均有语音提示，实现现场检修负责人带电工作全程监控和预警。验电、接地安装步骤语音提示可防止带电安装接地线情况发生，如离开现场时有接地线未拆除，现场检修负责人、现场负责人、调度人员均在第一时间收到未拆除接地线报警提示，可迅速将隐患在合闸送电前消除。现场检修负责人、工器具、工作步骤3 方面的状态均可实现实时全程监控，并即时检查和报告检修过程中的操作事件，若出现不按工作步骤操作事件立即提示或报警，从而杜绝各种不规范操作行为发生。使用该系统可有效预防接地线操作事故的发生，有效地保证了检修负责人的人身安全和接地线等工器具的使用安全。

1 孙 兵，陈立卫．电力线路接地线管理工作探讨[J]．电力技术，2010(5).

2 伍文陪，姜 静，余 涛，等．配电网临时接地线检测方法的研究[J]．电力系统保护与控制，2012(23).

3 徐建源，窦文君，王爱弘．接地线状态在线监测系统设计[J]．电力自动化设备，2008(7).