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一种输电线路吊车报警系统
申请号	CN202410139876.8	申请日	2024-01-31	公开(公告)号	CN117935478A	公开(公告)日	2024-04-26
申请人	国网河南省电力公司电力科学研究院;			发明人	刘阳; 魏诗超; 马斌; 梁纲; 宋晓燕; 李海峰; 饶宇飞; 崔凤庆;
摘要	本发明属于机械带电作业安全管控技术领域，具体涉及一种输电线路吊车报警系统，包括电源设备，还包括电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元，所述的电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元之间通过射频通信，所述的电源设备同时给电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元提供电源，该系统通过输电线路报警装置的开发，为输电线路现场吊车作业人员提供安全保障，确保作业人员按照操作规范作业，对吊车等施工设备靠近高压输电杆塔和线路被破坏现象进行提前预警，避免安全事故的发生。
权利要求	1.一种输电线路吊车报警系统，包括电源设备，其特征在于，还包括电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元，所述的电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元之间通过射频通信，所述的电源设备同时给电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元提供电源；所述电场强度检测发射单元检测吊车臂各个运动方向的电场强度以及安装有输电线路吊车报警装置的施工设备距离高压输电线路的距离，并对采集的电场信号进行处理,电场强度检测单元将处理好的电场数据以及距离值传输给电场强度报警单元，电场强度接收报警单元负责判断是否需要报警，若超出设置的安全距离值则发出报警信号。 2.根据权利要求1所述输电线路吊车报警系统，其特征在于，所述电场强度检测发射单元包括电场传感器、信号模数转换电路、数据处理中心以及射频电路。 3.根据权利要求2所述输电线路吊车报警系统，其特征在于，所述的电场强度检测发射单元还包括对信号进行滤波处理的信号滤波电路和提高信号的信噪比的信号放大调整电路。 4.根据权利要求1所述输电线路吊车报警系统，其特征在于，所述的电场强度接收报警单元包括无线收发器、数据处理中心和声光报警装置。 5.根据权利要求2所述输电线路吊车报警系统，其特征在于，所述的电场传感器包括多个感应电极及高输入阻抗运算放大器。 6.根据权利要求1所述输电线路吊车报警系统，其特征在于，所述的无线收发器采用CC1101射频模块，CC101无线收发器工作频率<1GHz。
说明书全文	一种输电线路吊车报警系统技术领域 [0001] 本发明属于机械带电作业安全管控技术领域，具体涉及一种输电线路吊车报警系统。背景技术 [0002] 近电告警技术是指携带报警装置的人或设备将接收到的信号进行前端分析处理，将50Hz的电信号过滤出来，再通过滤波去掉噪声，当场强信号达到设定的值时通过射频向接收端发送信号，接收端在收到此信号以后发出报警信号，预警正在装置周围的操作人员注意安全，装置已接近高压带电体，这样可以有效地避免施工现场危险事故发生，减少人员伤亡和经济损失。 [0003] 在输电线路周围场域，所形成的电场，与线路距离不同，所感应的场强也不相同。一般施工现场的电场分布比较复杂，现场某点场强与该点到场源距离时非线性相关的。但是整体上离场源越近电场越强、电位梯度越大。现阶段针对特定的电压等级检测电场强度，并换算成安全距离准确度较高。 [0004] 针对架空线路工程作业预警，为避免在架空线路周围开展工程作业时发生安全事故，在施工车辆上安装近电报警装置是安全距离预警的重要手段，其错报和漏报率低，目标针对性强，可以有效抑制防触电、碰线等外破行为的发生，目前有部分施工单位及电力企业开始采用，但效果一般，原因主要在于：现有近电报警装置功耗大、操作复杂，需专用电池、充电器接线充电，便携性差，不能满足现场复杂施工环境需求；只能对吊车驾驶员进行警示，不能实现电力公司监管人员对多台吊车安全作业的实时监控，从而保证其在险情发生之前及时赴现场勘察维护，以充分实现架空线路防施工外破。 [0005] 在报警装置的设计上利用多电极电场梯度检测法，研究自适应与电压调档相结合的近电告警装置，以提高精确度、优化设计为目的，实现现场的推广使用意义重大。发明内容 [0006] 本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种输电线路吊车报警系统，该系统通过输电线路报警装置的开发，为输电线路现场吊车作业人员提供安全保障，确保作业人员按照操作规范作业，对吊车等施工设备靠近高压输电杆塔和线路被破坏现象进行提前预警，避免安全事故的发生。 [0007] 本发明的技术方案是： [0008] 一种输电线路吊车报警系统，包括电源设备，还包括电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元，所述的电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元之间通过射频通信，所述的电源设备同时给电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元提供电源。 [0009] 所述电场强度检测发射单元检测吊车臂各个运动方向的电场强度以及安装有输电线路吊车报警装置的施工设备距离高压输电线路的距离，并对采集的电场信号进行处理,电场强度检测单元将处理好的电场数据以及距离值传输给电场强度报警单元，电场强度接收报警单元负责判断是否需要报警，若超出设置的安全距离值则发出报警信号。 [0010] 具体的，所述电场强度检测发射单元包括电场传感器、信号模数转换电路、数据处理中心以及射频电路。 [0011] 具体的，所述的电场强度检测发射单元还包括对信号进行滤波处理的信号滤波电路和提高信号的信噪比的信号放大调整电路。 [0012] 具体的，所述的电场强度接收报警单元包括无线收发器、数据处理中心和声光报警装置。 [0013] 具体的，所述的电场传感器包括多个感应电极及高输入阻抗运算放大器。 [0014] 具体的，所述的无线收发器采用CC1101射频模块，CC101无线收发器工作频率<1GHz。 [0015] 本发明的有益效果是：本发明输电线路吊车报警装置系统主要由电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元两部分组成，它们之间通过射频通信，电场强度检测发射单元负责检测吊车等设备作业现场的电场强度以及到输电线路之间的距离，电场强度接收报警单元负责判断是否需要报警，若超出设置的安全距离值则发出报警信号。另外，本发明吊车报警装置系统采用电场传感器采用多电极，每部分电极在设计上都采用独立的运放进行信号调理，具有一定的冗余性，不会因为单个电极失效造成装置的无法使用；在信号采样上采用电流深度负反馈，信号保真性强，对微弱信号进行滤波、电流信号放大和灵敏度调节电路设计，可用于强电场测量，并且抗干扰性强，通过对电场信号进行软件处理和特征信号的提取，保证了输电线路吊车报警装置检测电场强度和报警信号的准确性。附图说明 [0016] 图1是本发明输电线路吊车报警系统结构示意图； [0017] 图2是本发明输电线路吊车报警系统各模块原理框图； [0018] 图3是输电线路吊车报警装置多电极原理图； [0019] 图4是输电线路吊车报警装置电场强度检测发射单元主程序流程图； [0020] 图5是输电线路吊车报警装置电场强度接收报警单元主程序流程图。具体实施方式 [0021] 下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的描述。 [0022] 实施例1 [0023] 如图1所示为本实施例提供的一种输电线路吊车报警系统的结构示意图，包括电源设备，还包括电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元，所述的电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元之间通过射频通信，所述的电源设备同时给电场强度检测发射单元和电场强度接收报警单元提供电源。如图2是本发明输电线路吊车报警系统各模块原理框图。 [0024] 所述电场强度检测发射单元检测吊车臂各个运动方向的电场强度以及安装有输电线路吊车报警装置的施工设备距离高压输电线路的距离，并对采集的电场信号进行处理,电场强度检测单元将处理好的电场数据以及距离值传输给电场强度报警单元，电场强度接收报警单元负责判断是否需要报警，若超出设置的安全距离值则发出报警信号。 [0025] 所述电场强度检测发射单元包括电场传感器、信号模数转换电路、数据处理中心以及射频电路。所述的电场强度检测发射单元还包括对信号进行滤波处理的信号滤波电路和提高信号的信噪比的信号放大调整电路。数据处理中心采用的数据处理芯片为MSP430F5324芯片，是MSP430系列超低功耗混合信号微控制器，配置有一个12位的ADC，2个通用串行通信接口(USCI)，硬件乘法器和时钟模块。 [0026] 具体的，所述的电场强度接收报警单元包括无线收发器、数据处理中心和声光报警装置，所述无线收发器采用CC1101射频模块，CC101无线收发器工作频率<1GHz，功耗小，成本低，声光报警模块采用MCP4725，该芯片是精度高、功耗低、十二位单通道的电压输出D/A转换器。 [0027] 本实施例中，所述的电场传感器包括8个感应电极及高输入阻抗运算放大器，可以检测不同方向的电场信号。 [0028] 本发明公开的输电线路吊车报警系统，电场检测装置通过感应电极检测电场信号，并将检测到的信号传到数据处理芯片MSP430F5324，通过此芯片对数据进行处理(例如模数转换、滤波等操作)，再将处理后的数据(该数据主要包含处理过的场强数据)传到无线收发器CC1101。然后通过无线收发器的射频功能将数据由电场强度检测发射单元传送到终端设备(即电场强度报警单元)中的无线收发器CC1101，该芯片再将数据传到数据处理芯片对接收到的数据进行判断处理，若超出了安全阈值则再将信号传到声光报警装置，该装置可进行语音播报或者发出简单的蜂鸣对操作室中持有终端设备的人员进行报警提醒。 [0029] 本发明通过多层电极层叠的方式来进行电场梯度识别，电场梯度识别能够进行一些电压等级的判断，对于电场梯度的识别采用多电极分层设计的方法，具体实现框图如图3所示。为了提高系统传输数据的精确度，输电线路吊车报警装置在电路设计中采用滤波电路以达到减少误报，杜绝漏报的效果，报警装置对电场传感器输出的信号采用了滤波处理，滤波器使用窄带运算放大器，对50Hz信号做放大处理，对其余信号采取衰减处理，信号放大调整电路主要是对信号做进一步处理，加大其信噪比，以方便之后的信号处理。 [0030] 实施例2 [0031] 本实施例提供对输电线路吊车报警装置系统的软件程序设计，主要分两个部分：一是电场强度检测发射单元(即吊车臂上的装置，以下简称A设备)的程序设计；二是电场强度接收报警单元(即操作室内的终端装置，以下简称B设备)的程序设计。 [0032] 吊车臂上装置主程序流程图如图3所示，实现过程为： [0033] 1)首先进行系统初始化； [0034] 2)采集8个(前上、前下、后上、后下、左上、左下、右上、右下)电场数据，并将采集到的8个电场信号进行ADC数模转换、算法处理； [0035] 3)发送过滤后的电压等级、方位等数据到芯片CC1101，再利用射频CC1101无线发送数据，不同的值对应串口发送不同的编码，判断A设备是否已经连接上，若是，可以正常工作并通过串口将数据传输到B设备；若否，返回上一步。 [0036] 终端装置上主程序的流程图如图4所示，实现过程为： [0037] 1)首先通过按键设置输出原始数据或者算法处理结果，把数据固化在程序内，通过拨动开关的切换来选择需要的报警阈值； [0038] 2)检测A设备是否处于连接状态，若连接则亮灯，表示A设备已连接，可正常工作； [0039] 3)利用射频发送数据，B设备通过串口接收数据，数据处理芯片接受数据； [0040] 4)对接收到的数据进行判断处理，判断A设备现在所处位置是否超过安全阈值，安全区域内不报，危险区域内，B设备利用声光报警装置实现报警。 [0041] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

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