摘要：对于临时接地线的使用，仅凭作业人员对操作票制度及相关规程的执行力度尚不能确保万无一失，还应从技术手段上加以完善才能从根本上避免接地线误接、漏接、误拆、漏拆等安全事故的发生。本文介绍了广东电网有限责任公司云浮供电局研究和应用智能接地线装置的情况，结果表明利用新装置可在手机App上查看各作业点接地线连接情况，增强了对作业现场的管控，有效控制了现场安全风险。
关键词：临时接地线；工作状态；智能型监测装置；手机App
前言
临时接地线是电力作业现场不可缺少的安全措施，接地线可抗击短路电流的冲击。一旦停电作业点被突然送电，将在接地线的接地点短路接地，致使上端断路器跳闸，保护作业人员。接地线的装设质量决定了其在短路时候耐电流的程度，如果接地线装设质量不好，例如挂接接地线时接触不好，或者检修时意外断开而没有充分接触，就不能保护作业人员的安全，因而接地线也被称为保障检修人员与设备安全的“生命线”[1]。及时发现和监测接地线装设质量是安全防误系统亟待解决的问题。广东电网有限责任公司云浮供电局将智能接地线装置的研究与应用为2018年职工创新项目，经过开发、试运行，取得了良好的效果，并且申请了国家专利局相关专利。
一、设备接地技术回顾
设备接地分为工作接地和保护接地。其中保护接地一般都在电力设备停电时使用，典型的就是目前通用的三相短路接地线和个人保安线，通常被称为临时接地线，停电后装设在停电设备有可能来电的各侧，保护作业人员的安全。临时接地线一直应用至今。
1.研制原则
近年来供电单位越来越重视职工作业环境，将安全生产提高到重要议事日程。除了提高作业现场安全措施布置的质量，还加大了安全监察力度，但是这些只是从管理方面入手，还要从技术手段上开展安全监察。云浮供电局从生产实际出发，开展了智能型接地线装置的研究。
随着现代通讯技术、传感技术的发展，很多行业开展了远程监督。针对过去接地线应用中存在的各种问题，设计了智能型接地线工作状态监测装置。该装置的研制遵循安全性、时效性、合理性、拓展性的原则。首先，新增设的智能终端不得影响接地线原有的安全特性，换言之安装智能监测装置后接地线各项性能指标不能降低，此谓安全性。其次，必须实时显示智能监测装置的安装位置和状态，出现差错必须实时报警，此为时效性。第三，智能监测装置的设计必须符合电力作业人员工作性质及操作习惯，例如装拆接地线顺序不能因为新装置而改变，此即合理性。第四，智能监测装置在现场作业与安全管控之间搭建了一座联系紧密的桥梁，大大提升了安全监督的效率，然而新装置必须留有功能拓展的空间，以备日后需求变化时可以快速实施，而无需另起炉灶，故需具备拓展性。
2.技术方案
智能型接地线工作状态监测装置由接地线状态采集器、监测信息传输器和手机终端等组成。
接地线状态采集器用于采集接地线的挂接状态和位置信息，它以单片机1为控制核心，配置有当地通信模块、显示与键盘模块、GPS模块、电源模块和单相压力传感器等。如图1所示。
图1 接地线状态采集器框图
单片机是一个微型计算机，具有逻辑计算功能，可控制和调用键盘、显示屏等外围设备，主芯片采用STM32F103，处理能力强，功耗低，性价比高，可利用C语言编程，开发较易。显示与键盘模块用于输入指令和显示状态，具有良好的人机交互性。采用锂电池为单片机及外设供电，输入电压为12V，经电压控制芯片降为5V和3.3V输出。短距离无线通信方式可采用WiFi、ZegBee、蓝牙等方式，根据接地线工作状态特点决定采用低功耗蓝牙通信方式，用于与笔记本电脑、手机、监测信息传输器等智能终端进行点对点的通信，通信范围达100m，且支持数据透传技术。单相压力传感器安装在接地线夹上，当线夹夹紧后压力传感器表面受压而使输出电阻减小，由此获得接地线是否准确安装的信息[2]。蓝牙模块与单相压力传感器这样配合：当接地线连接后，先由单相压力传感器采集接地线夹处的压力信息，经数据转换处理，监测信息传输器收获蓝牙模块发送的数据后判定接地线工作状态。为节省收发器电能消耗，蓝牙通讯采用半双工方式。GPS模块用于接地线的定位，它能确定接地线的地理位置，原理是通过接收GPS卫星数据并传递给主芯片，利用主芯片解析经纬度及时间信息。因为接地线悬挂地点不固定，而且较为分散，正确显示接地线位置，有利于准确判定不同接地线的状态。
监测信息传输器采用蓝牙通信和4G通讯相结合的方式，以便采集接地端工作状态信号。主要模块包括显示与键盘模块、电源模块、当地通信模块、手机卡通讯器等。如图2所示。
图2 监测信息传输器框图
单片机2主芯片仍然采用STM32F103。当地通信模块也采用低功耗蓝牙通信方式，以方便与接地线状态采集器进行点对点的无线通信。显示与键盘模块、电源模块与接地线状态采集单元的基本相同。手机卡通讯器可进行数据透传的4G通信，并将数据通过4G网络发送至手机App上。该模块供电电压为5V，其串口引脚与主芯片直接相连，控制引脚通过三极管匹配电平，使主芯片能直接读取指示灯引脚电平状态[3]。在工作状态下，手机卡通讯器能将接地线状态信息、挂接位置信息等传输到调度中心及安全管理人员、监察人员手机上。具体过程如下：采集到的A、B、C三相的接地线夹的工作状态通过当地无线传输功能把信息传送给监测信息传输器，接地端工作状态信号直接输送给监测信息传输器，上述信息可通过手机卡通讯器发送信息。监测信息传输器上带有4个指示灯，指示灯亮为工作状态。监察人员使用手机App对现场的手机卡发送指令，即可查看到该组接地线的工作状态。
软件系统开发采用了源代码开放的嵌入式实时操作系统，可简化系统设计，有利于多任务的处理。开发工具采用MDK，由于集成了μVision IDE工具，开发效率很高。利用该开发工具设计划分了任务，然后对接地线状态、数据传输、无线通信等功能进行了详细设计。
2018年11月，样品研制成功，在云浮现场实际安装使用，达到了预期的目标。
二、应用前景分析
云浮供电局将该接地线应用于现场，安全管理人员只需要用手机App就能轻松查看到各作业点的接地线使用情况，提高了安全监督的时效性和监督性。本次研究应用，大大方便了各级领导和安全监察人员对作业现场的管控，提高了作业现场安全措施的装设质量，降低了现场作业的风险。有效杜绝了带接地线合闸恶性误操作。
该装置设计合理，思路缜密，解决了安全生产中的技术难题，开辟了以技术手段促安全的先河。
三、结论
本文通过对智能型接地线工作状态监测装置的研究分析，可得出如下结论：
（1）该装置可以满足多人远程对作业现场接地线使用情况的安全监察，减轻安全监察人员的工作压力，节省往返作业现场时间，有效化解了安全监察人少的问题。
（2）该装置的应用大大提高作业现场的安全性，避免误操作，适合在电力系统推广使用。
（3）创新是发展的动力，创新工作应贯穿安全故管理工作的始终。
参考文献：
[1] 马进，高晓婧，吴涛. 输电线路卫星定位智能型接地线的研究[J]. 华北电力技术，2012（9）：4-10.
[2] 刘家军，刘超，王睿. 电力线路停电检修挂接地线监测单元的研制[J]. 电网与清洁能源，2016，32（10）：28-33，41.
[3] 刘家军，王睿，周少瑜. 基于4G网络通信的接触网检修接地线监测装置的研究[J]. 电网与清洁能源，2018，34（2）：17-22，29.
论文作者:邓波明
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/25
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