黄怀凤 罗正明
贵州电网有限责任公司都匀独山供电局
摘要：纵观电力系统历年的人身事故，因触电引起的事故高达近80%，而引起触电的原因多是现场作业人员误入带电间隔、误碰带电设备、误登带电杆塔等所致。如何解决人员误入、误碰、误登带电设备，以减少人员触电伤亡事故/事件的发生是本期作者要解决的问题。文章从电力系统中常用的工作现场入手，重点针对电力声光警示器的设计构想、工作原理、应用范围、技术要点进行简要的分析探讨。
关键词：防人员触电；声光报警；红外感应；工作原理；应用范围
Design and application of acousto-optic alarm for preventing people from getting electric shock
Huang Huaifeng Luo Zhengming
Duyun Dushan Power Supply Bureau Guizhou Power Grid Limited Liability Company
Abstract：Throughout the years of human accidents in the power system, the number of accidents caused by electric shock are up to nearly 80%, and the causes of electric shock are mostly caused by field workers mistakenly entering into live intervals, accidentally touching live equipment, and mistakenly boarding pole towers, etc. How to solve the problem that people entering by accident , touch and board live equipment by mistakes, so as to reduce the occurrence of electric shock casualties/incidents, is the problem to be solved by the author in this issue.This article starting with the work site commonly used in power system.At the same time, focusing on the design conception, working principle, range of applications and the technical points are briefly analyzed and discussed.
Key words: Personnel electric shock prevention, acousto-optic alarm, infrared induction, working principle and general range of application category
0 引言
习近平总书记指出：发展不能以牺牲人的生命作为代价，我国的安全生产方针是“安全第一、预防为主、综合治理”[1]，南方电网的安全理念是“一切事故都可以预防”。然而纵观2009年至2019年南网56起配网人身事故中，触电事件41起，占比73.2%，其中扩大工作范围作业5起，误登临近带电设备14起，分析这些人身事故发生的原因，往往是由于人员误入带电间隔、误碰带电设备、误登带电杆塔所致。
1 现状分析
长期以来，电力施工作业现场都是要求悬挂标示牌、安装围栏和依靠人员监护来作为安全技术措施和安全组织措施，但经过对南网56起配网人身事故分析发现，在其中扩大工作范围作业的5起和误登临近带电设备的14起事故中，现场均有装设标示牌、安装围栏和设有专人监护，最为典型的是2019年某供电局35kV变电站发生的35kV小车开关柜内人员触电死亡事故，此起事故前35kV小车开关柜柜门上悬挂着“禁止合闸，有人工作”的标示牌，但并没有引起作业人员警惕，加上设置的监护人员未履职到位，导致作业人员冒然打开35kV小车开关柜柜门进入柜内作业，最后引发触电事故。我们知道：变电站和配网作业现场都会存在点多面广和作业人员素质不高的情况，如果给每个作业人员都配一个专职监护人也是不现实的，作业监护存在盲区或履职失责的情况。从以上分析可以看出，长时间以来，我们悬挂标示牌、安装围栏和人员监护作业等对有违章风险作业人员来说，作用是有限的。标示牌、围栏等类似于“哑巴”，要依靠人自己去观察，不能够及时提醒作业人员；而现场监护同样也不能面面俱到，现场作业迫切需要能够辅助监护和及时警醒设备，以弥补监护盲区的漏洞。
曾经使用过在安全帽上放置近电感应报警器，是一款能给人提示带点设备的装置。但存在抗干扰能力差，在杂散电磁场强的环境下，易发生误报等缺点[2]。在进入变电站等带电设备区域后，就会在使用者头上一直发出嘀嘀嘀的警报，让使用者心烦意乱，作业人员又需要较长的时间在变电站内工作，不得不关掉，实用性较差；此外在10kV交叉跨越线路、同杆架设、高低压共杆等附近作业时，也存在同样的问题，当作业人员把报警器关掉后，又回到了原点，没能辅助监管和提醒到有违章风险作业人员，这就让报警器失去了在该场景下使用的意义，故早已被淘汰。
现在市面上的声光报警产品多种多样，但专门针对电力系统输配变作业场所的防人员触电声光报警器却还是空白。本文就针对性地对输变配三个作业现场使用场景设计一款人机工效优、通用性好、可靠性高、简便易用的警示器，来辅助监管，及时警醒作业人员，避免误入带电间隔、误碰带电设备、误登带电杆塔等。
2 设计启发及构想
在一次带孩子去医院看病的时候，心情非常焦急，受过高等教育的我居然被医托带到别的地方看病，等到发现被骗之后，怀着气愤的心情想去医院质问为什么不贴一些谨慎防骗的告示。但是进入医院仔细观察发现在大门口、大厅内、楼梯间都贴有“勿信医托”之类的警示，大厅里依然能看到许多医托在招揽顾客。时隔一年，再次到该医院时，一到医院门口就听到广播在反复播报医托常用骗术，勿信他言之类的话语，迅速引起了警觉，再观察周围已经看不到医托揽客的场面了。此外该类型方法还应用在地铁的电动扶梯、火灾报警系统等，都有较好的效果，却没有很好地引用到我们电力现场作业中来。
受此启发，我们常说：“电”是看不见、听不着的，现代科学技术这么发达，为什么不能把“电”用“看得见”、“听得着”的方式表现出来呢？如果我们能在工作现场的带电设备附件提前安装有声光报警装置，当作业人员在靠近带电设备一定距离时，及时发出声光提醒，相信就能解决现场作业人员因作业时间长，注意力下降麻痹大意[7]、头脑不清而误入带电间隔、误碰带电设备、误登带电杆塔等问题，同时在触发声光报警后，工作负责人或监护人能及时发现并制止作业人员违章行为，让作业人员在“悬崖边”止步，才是防止触电事故发生的关键。
3 总体设计思路
声光警示器由感应器、声光报警单元、单片机控制处理器、信号转换器、延时器、电源和外壳等七个部分组成，信号转换器、延时器和单片机控制处理器集成在电路板上。声光警示器原理图如下图1所示。
通过感应器发出信号，当感知移动的人进入感应范围时，感应器采集的模拟信号通过A/D转换器转换，输入到单片机控制处理器中分析处理，得到感应点的距离与预设距离的比较值，满足预设值后，输出到延时器，再次满足延时器延器预设条件后，发送指令到声光报警单元，人在第一段感应距离时先发出2次闪烁的红光提示，到达第二段预设距离后就会发出“有电危险，请勿靠近！”的语音报警声，同时发出闪烁的红光，告知工作人员，有电的位置。本节主要介绍工作原理及总体设计思路，系统各部分核心细节设计在下章节介绍。把电用“光”和“声”的方式表现出来，变得可视和可听，告别传统只能依靠单一的视觉或听觉来判断的方式。电源为可放7号电池和预装锂电池，可满足充电和应急两用功能，增加可靠性。
图1 防人员触电声光警示器工作原理图
4 核心部件设计思路
4.1 感应器选择及设计
感应器选用人体红外感器。红外感应技术在当今已经相当成熟可靠，具有稳定性好（运用模拟传输方式，并非运用数字运输，所以几乎没有任何相似的信号对它产生干扰）、私密性强（能感知人体特定波长）、成本低等优点[9]-[10]，非常适合用作声光警示器传感设备。感应区域呈球面状发散，红外感应距离根据电压等级分别设置两种模式，分三挡。
1）第一段只触发报警感应和发光提示的距离为：10kV设2米，35kV设2.5米，110kV设3米。
2）第二段同时发出声光警示的距离为：10kV设1米，35kV设1.5米，110kV设2米，作业时也可根据实际需要来选择档位。
4.2 声光警示单元设计
根据研究,工作现场一般噪声在40～60分贝左右，综合环境噪声影响,警示器最佳声音分贝设置在75～80之间,提示声音保留1～2秒钟最能让人接受且不心烦[8]。考虑到作业现场可能存在误触的情况，采用延时报警和分段报警相结合。
1）人触碰到感应距离内时，先延时1秒，不发任何形式的报警。
2）延时后，人还在第一段感应距离内，1秒钟内发出2次闪烁的红光提示。
3）到达第二段预设感应距离后就会立刻发出“有电危险，请勿靠近！”（声音也可根据应用场所定制）的语音报警声，同时发出闪烁的红光，声音会持续2秒，共发出2次急促的警报声，声音分贝为75分贝（设置有调节按钮，有对应可调节分贝数字刻度，调节分贝在60-110之间，也可根据实际需要调节）；如果人一直在感应范围内时，声光报警重复发出，提醒工作人员赶快远离该区域。当人离开感应范围后，声光立即停止报警，无延时。
4）设置有确定按钮，确实需要较长时间在此工作时，按下按钮，警示器会在播报完设置语音提示内容后停止报警。如果按下确定按钮后作业人员一直在感应范围内作业时，警示器不做任何报警；通过延时器计时，当作业人员不在感应区域内时间超过5分钟时，报警条件会重置回最初的设定条件。
根据人正常行走的速度，平均每秒1.5m/s左右[11]，以感应距离最小的10kV为例，感应距离为2米，以1.5m/s的速度行走，延时时间结束后，发出声光报警时，还剩0.5米的安全距离；此外在安装警示器时候都会预留一定的安全距离，预留1秒的延时时间和设置感应距离能够达到需要提示效果，同时避免误触引发报警，对工作造成干扰。
4.3 外壳及底座设计
为满足不同场所使用需求，同时做到更好地通用性，实现多功能合一，减少物料浪费，除底座外，其余部分功能一致和通用；警示器底部设计为可拆卸式的底座，设计如下。
1）变电站内用型。底座设计有强磁铁，磁铁有很好的吸附性，吸附后可承重自身总量640倍，可直接吸附到铁质的材料上，方便安装。
2）变电站外用型。底座设计为可折叠升降的绝缘底座，可根据现场使用情况调节感应高度和位置。
3）输配电线路用型。底座设计为预装绑扎带的底座，绑扎带借鉴经常佩戴的安全帽下额带系绳，易调节紧固的原理，现场方便装拆。
警示器外壳材料采用优质的聚碳酸酯PC材料，具有抗摔不易碎、强度高、不易老化、密封性好等特点能保证具有足够的耐用性[12]。
5 应用范围分析
5.1 变电站室内小车开关柜
当小车拉出在检修位置时，在小车柜内靠近柜门侧处放置底部带有磁铁的声光警示器、可牢靠的固定在柜门处，当有人靠近1米时发出声光警报，提示作业人员检查核实间隔是否带电，防止误入带电间隔。当作业人员按下确定按钮后，警示器播报完语音后停止报警，如果按下确定按钮后作业人员一直在感应范围内作业时，警示器不做任何报警；当作业人员离开感应区域，时间超过5分钟，又再次回到感应区域时，声光警示器又会再次报警，防止这期间突然来电的情况。
5.2 变电站室外开关场
更换成可升降折叠的绝缘底座后（可以调节高低，升降底座要重些，防倾倒），可以用于变电站室外开关场，在现场工作区域与靠近带电设备侧放置，当超出工作范围时或靠近带电设备处时（红外感应距离设三档，10kV设1米，35kV设1.5米，110kV设2米），发出声光警报，防止人员误碰带电设备。
5.3 输配电线路的杆塔
底座更换预装绑扎带的底座，可快速固定在电杆上。在工作区域有交叉跨越、通道内有多条线路运行等情况，安装时可直接绑扎紧固在作业区域临近带电的电杆上，当人员走近电杆到感应范围内时，红外感应距离设置成2米（也可根据现场实际需要调节），发出声光报警，防止人员误登带电杆塔。
结语
该防人员触电声光警示器具有通用性好、可靠性高、简便易用等优点，非常适合使用在变电站内外、输配电线路等地方。推广使用该装置，可以降低因作业人员长时间作业注意力下降、麻痹大意或监管不到位，产生的触电风险，为现场作业监管和及时提示，提供了一套可用的解决设备。
参考文献
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[12]严焕标, 抗摔锂电池外壳. 浙江省,浙江百力塑业有限公司,2019-12-05:12-14.