安全是電力生產永恒的主題, 沒有安全, 就不能實現電網的穩定運行和供電的可靠性。電力系統已經成為最重要的能源供應傳輸系統。不同規格的輸電線路系統遍布于社會各個角落。在施工作業中, 起重機碰撞帶電導線的事故時有發生。由于沒有專門的防觸電報警裝置, 變電站內的吊車作業, 也存在場強擊穿引發觸電的的危險。目前工作人員主要是靠目測來估算吊臂與高壓線的安全距離,這種測距方式通常會引起較大的誤差, 是現場工作的潛在危險源。總之在很多施工現場使用吊車的作業中, 因吊車吊臂與高壓線安全距離不夠, 引起場強擊穿的觸電事故時有發生。一旦發生此類事故, 不僅造成人身傷亡、設備損害的直接經濟損失, 而且因停電造成間接經濟損失也非常巨大。
目前常見的帶電施工作業防觸電預警方式有如下三種：
表1-1 常見的帶電施工作業防觸電預警方式
方式 | 原理 | 優點 | 缺點 |
基于施工機械位置的預警 | 在設備上安裝各種傳感器來獲取設備的位置和狀態來進行分析判斷 | 準確度高、可靠 | 成本高、不能在陌生環境使用 |
基于施工機械周圍電磁信號的預警 | 在設備上安裝傳感器來獲取獲得設備周圍的電磁環境狀況來進行分析判斷 | 原理簡單、成本低 | 在復雜電磁環境中無法準確判斷 |
基于雷達、激光測距的預警 | 在設備上安裝雷達或激光測距儀來進行分析判斷 | 成本不高、精度可靠 | 需要與電磁環境信息進行整合 |
（1）研究制作電場測量模塊。首先對電場測量原理進行分析比對，選擇工程實用性的平行板測量方法，之后設計濾波放大電路對信號進行濾波和增益，選用合適的AD轉換電路和單片機處理系統，最終制成成品電場測量PCB板，實現對空間場強的準確測量；
（2）對不同類型的激光測距原理進行詳細分析比對，選擇使用脈沖型激光測距方式，使用時向正前方發射扇形激光束并監測返回時間，通過計算得到一組距離數值，取最小值作為測距儀與前方物體的參考距離；
（3）選用合適的通訊方式，對裝置整體的硬件和軟件進行整合，并制作出裝置成品。裝置核心控制部分采用STM32F405RG芯片，傾角傳感器、電場測量模塊、激光測距模塊作為輸入信號，傾角傳感器對應的輸出信號通過云臺解碼之后控制裝置底部云臺的角度調整，電場測量和激光測距對應的輸出至PC或媒體觸控一體機的軟件終端，可實現裝置小于安全距離時的聲光報警；
（4）裝置研制完成后，在湖北500kV雙河變電站進行實地調試及試驗。試驗結果表明裝置軟、硬件及通訊運行協調，裝置有效測得了空間電場強度以及與高壓導線的實際距離。當裝置距導線大于設定的安全距離時，裝置正常運行、不報警；當裝置距導線小于安全距離時，裝置即發出報警提示操作人員。裝置的防觸電聲光報警功能得到了檢驗。
報警裝置整體硬件和程序設計
大型施工機械帶電作業防觸電聲光報警裝置整體設計如下圖所示。主要元器件位置上部的不銹鋼盒內，裝置前端是平行板電場測量裝置，連接至盒內的電場測量PCB模塊。盒底部裝有傾角傳感器，配合裝置下端的云臺，使裝置上部始終與地面保持水平。激光測距模塊、電場測量模塊、測距傳感器解碼模塊、傾角傳感器均連接至整體的PCB控制通訊板。核心控制板輸出連接至PC工控機，通過軟件控制實現聲光報警。與云臺底部固定在一起的是不銹鋼安裝支架，實際使用過程中使用螺栓將裝置固定在周圍欄桿上。
裝置整體示意圖
裝置整體示意圖
整體原理框圖
裝置的整體框圖如圖5.2所示。圖中間虛線方框代表集中主要設備的不銹鋼盒體。電場測量探頭即平行板測量傳感器，其連接至電場測量PCB板。電場測量PCB板、傾角傳感器、激光測距儀、均連接至核心控制板。可控制車載型室外云臺進行水平、垂直方向的角度調整。核心控制板輸出至PC或媒體觸控一體機，通過軟件進行聲光報警。整體裝置通過12V直流蓄電池進行供電。
總體原理框圖
