张湧峰 郑海良 鲁强宇

（余姚市宏宇输变电工程有限公司，浙江宁波315400）

0 引言

人体与带高电压设备部分的距离小于安全距离时，极有可能发生人身伤亡事故，所以，高压试验现场常布置安全防护设施对工作人员及行人进行警示，并派安全监护人员对试验区域进行专责警戒。实际操作中，现有安全防护措施存在以下重要问题：（1）安全防护设施一般为安全围网、安全警示带甚至简易的绳子，一旦有人擅自移动或越过安全隔离设施后，就可能发生触电事故；（2）对于复杂、监护难度大的试验现场，由于受试验设备的遮挡，很容易出现监护盲区，非高压试验人员仍可能误入加压区域；（3）试验加压前由于呼唱不到位，加压人员在接线人员未撤退到安全设施以外便开始加压，导致工作人员出现人身伤亡。可见，现有的物防配合人防的安全隔离方式，高度依赖现场工作人员的安全意识，防护较被动且效果不够明显。

因此，对传统围栏进行功能升级，研制出一种变被动保护为主动保护，当有人员侵入或工作人员未撤离危险区域时既能及时发出警报，又能切断电源，从根本上消除潜在危险的智能防护系统有重要意义。另外，考虑到现场高压设备的电压、电流，环境的温湿度均需要携带单独的仪表分别测量，自动化程度低，若在防护系统单一隔离功能的基础上集成其他参数测量功能，将大大提升试验效率。

1 系统防护原理

针对现有安全防护措施主动性差的缺点，系统采用了主动红外入侵探测技术及无线射频识别技术。前者用来防护侵入高压危险区域人员，后者用来探测滞留在高压危险区的接线人员。

1.1 主动红外入侵探测原理

主动式红外入侵探测器又叫红外对射，其原理是利用红外发光二极管发射的红外射线，经过光学透镜做聚焦处理，使光线传至很远的距离，最后光线由接收端的光敏晶体管接收。红外对射装置总是成对使用，分别用来发射和接收红外线，对射装置间形成一道隐形的防护界限，当有物体通过界限，红外光束被遮断时，会产生电信号驱动警戒装置发出警报（图1）。该探测技术不仅可以应用在室内，也可应用在露天场合，因此特别适用于各种高压试验场合。

图1 主动式红外探测原理

红外对射采用的红外线为不可见光，为了让警示效果更加明显，红外对射装置被设置在普通安全围栏柱上，构成红外栅栏。本系统中所采用的红外对射装置警戒距离为3级可调，现场可根据实际情况灵活增减红外栅栏数目。

1.2 无线射频识别原理

无线射频识别技术（RFID）是一种基于无线电通信的非接触式的自动识别技术，RFID系统可以在不接触、非视距的条件下快速识别一个或多个待识别目标。由于其具有众多优点，该项技术被广泛应用在生产生活的方方面面。

RFID系统主要包括电子标签、阅读器、应用管理系统，其中电子标签上存储了待识别目标的身份信息。系统工作时，阅读器通过无线网络向电子标签发射询问信号，当电子标签进入阅读器的识别范围后，通过内部电源或是感应信号能量驱动内部电路，使其通过无线电波向阅读器发送所存储的目标信息，阅读器可通过通信接口将信息发送给应用管理系统进行数据处理（图2）。电子标签和阅读器内均设置了天线，天线是两者实现通信的桥梁。

图2 无线射频识别原理

本智能多功能防护系统中，根据不同电压等级下实际的安全距离，为阅读器设定不同的工作频率，保证阅读器的识别范围与高压危险区域相匹配。将阅读器放置在高压设备上，当佩戴电子标签的接线人员进入高压区域或未撤离到安全距离以外时，阅读器将收到电子标签存储的身份信息发送给控制模块，使其控制接触器实现试验电源断电或是不能合闸，并在显示器上给出“工作人员在危险区域！”的提示，警告加压人员，保证接线人员的生命安全。

2 智能多功能防护系统的结构

智能多功能防护系统由控制模块、红外栅栏、RFID组件、声光报警器、接触器、电压电流采集单元、温湿度采集单元、显示器、电源模块组成（图3）。控制模块是整个防护系统的控制核心，其信号输入端与红外栅栏、RFID组件、电压电流采集单元、温湿度采集单元连接，信号输出端与接触器、声光报警器、显示器相连。

红外入侵探测信号及无线射频识别信号以逻辑或的关系输入到控制模块。当有人员越过安全围栏时，红外栅栏上的红外光束被阻断，这一变化经分析处理后传送至控制模块，控制模块发出指令控制声光报警器，使其在视觉与听觉上给侵入人员提醒发出警报，并使接触器动作，切断试验电源。当佩戴电子标签的接线人员在加压人员未断电的情况下进入高压危险区变更接线，或是接线完成后未及时退出到安全距离以外时，阅读器能探测到电子标签的信息，并将信息传给控制模块，控制模块发出指令使接触器断电，并通过显示器通知加压人员。

图3 智能多功能防护系统的原理结构图

电压电流采集单元、温湿度采集单元用来实现对试验线路电压和电流参数及环境温湿度参数的采集，采集结果通过显示器呈现给现场工作人员。

电源模块为系统中各部分的能量来源，其采用大容量锂电池供电，功率达500 Wh，有交直流两种输出可供选择，现场找不到合适的电源时，其还可为其他设备供电。

3 结语

本文提出的智能多功能防护系统，当有人员侵入或工作人员在高压危险区时，可以主动发出警报并及时断电，变被动保护为主动保护，从根本上消除潜在危险；可省去专责监护任务，不仅能提高工作人员的试验效率，还可减少工作人员数量，间接降低试验的经济成本；将电压、电流、温湿度、时间及高压电源的通断显示等与高压隔离防护系统集成到一起，省去携带多种仪器的不便，避免了某种仪器忘带造成的不便，并节省了执行多种测量的时间，提高了工作效率。系统在实际应用中口碑良好，具有很好的市场推广价值。