一种电动接地线的监测预警装置及方法与流程

1.本发明涉及变电站检修技术领域，尤其涉及一种电动接地线的监测预警装置及方法。


背景技术：

2.在电网工程中，接地线在变电站中被大量使用。接地线的作用是在高压设备进行停电检修或进行其他工作时，防止设备突然来电和邻近高压带电设备产生感应电压对人体的危害，同时泄放断电设备的剩余电荷，是保护检修人员的一道安全屏障，因此，安装和拆除临时接地线是电力系统中一项重要的检修操作。在实际作业过程中，对接地线的操作多属于临时性的，且使用频繁。
3.目前，变电站中的变电设备检修工作中通常采用携带式短路接地线，接地线的安装需要先将短路接地线挂在检修设备或者导线上，之后操作人员手动旋转临时接地线操作杆杆体，从而使其顶部对接地线完成压紧操作，操作时力臂较短，使用时费力、不便。并且拆/装一次接地线平均需要3分钟，是变电运行专业日常操作中最费力、耗时的工作，在主变、母线等大型停电工作中，耗费总操作时间的近34%，大大制约了变电效率的提高；并且传统的携带型短路接地线实际操作中，由于缺乏智能化的监测手段和管理系统，缺乏权限管理机制导致操作自由，非常依赖工作人员的操作，在使用过程中时常会出现漏挂、错挂、漏拆、误拆等情况，并且安装完成后只能依赖人工检查接地线的状态，给人身、设备以及电网安全带来难以想象的风险。
4.综上所述，传统的接地线工作方式完全依赖人力，操作复杂，工作效率低，增加了运行人员的劳动强度，并且由于缺乏相应监测设备，无法对接地线状态进行监测，无法保证安全性。


技术实现要素：

5.本发明针对以上问题，提供了一种能够快速操作，智能监测，提高工作效率的电动接地线的监测预警装置及方法。
6.本发明的技术方案为：包括操作杆，所述操作杆的顶部设有c形夹持部，还包括安全监测管理平台、通讯模块、控制模块、执行机构、空间位置模块和电源，所述安全监测管理平台通过通讯模块连接控制模块，所述执行机构、空间位置模块和电源分别连接控制模块，所述执行机构包括电动推杆和移动部，所述操作杆具有容置腔，所述电动推杆、控制模块、空间位置模块和电源分别位于操作杆的容置腔内，所述电动推杆用于驱动移动部，使得移动部活动位于夹持部的c形口内；所述电源用于对执行机构和空间位置模块供电。
7.还包括用户终端，所述用户终端通过通讯模块连接控制模块，所述用户终端连接安全监测管理平台。
8.所述执行机构还包括led灯，所述led灯设在夹持部上。
9.所述空间位置模块包括双模定位模块和六轴传感器，所述双模定位模块包括北斗和gps。
10.所述执行机构、空间位置模块和电源模块内分别设有连接控制模块的反馈单元，所述执行机构内的反馈单元用于反馈电动推杆上移动部的夹紧/松开状态以及led灯的开关状态；所述空间位置模块内的反馈单元用于反馈位置信息和运动信息；所述电源模块内的反馈单元用于反馈电池电量。
11.所述电源内设有限流模块。
12.所述电源内设有低功耗模块和震动传感器。
13.一种电动接地线的监测预警方法，所述空间位置模块通过两级预警判断接地线的挂接状态，进而反馈给安全监测管理平台；其中，一级预警过程为：利用双模定位模块获得挂接完成的接地线的三维坐标x、y、z，以此坐标为圆心点，利用三个方向坐标变化量通过位置移动算法计算出物体相对于初始点位置变化量；位置移动算法为：进而对变化量r判断如下：（1.1）若r≤5cm，判定为此时接地线受风力吹动而摆动；（1.2）若5cm＜r≤20cm，判定为此时有相关人员在非法拆装接地线，发出非法拆装一级黄色预警；（1.3）若r＞20cm，判定为接地线脱落，安全监测管理平台发出接地线跌落一级黄色预警；二级预警过程为：在一级预警的基础上，利用六轴传感器获得三个方向的角速度和加速度信息，经过ad转换将模拟信号转换为数字信号，将转换出的数字时域信号利用fft算法转换为频域信号，得到信号频谱，对得到的信号频谱进行在线频谱分析；（2.1）若一级预警为接地线受风力吹动而摆动，且此时频谱分析频率在50hz以内，二级预警判定为属于风力吹动导致的震动，并利用震动频率计算出对应风力大小，显示在安全监测管理平台上；（2.2）若一级预警发出非法拆装一级黄色预警，且此时频谱分析频率在50hz-300hz区间，判定为有人在非法挪动接地线，安全监测管理平台发出非法拆装二级红色预警，通知工作人员前去查看；（2.3）若一级预警发出接地线跌落一级黄色预警，且此时频谱分析频率大于300hz，判定为接地线跌落，安全监测管理平台发出接地线跌落二级红色预警，表明接地线脱落，通知工作人员前去检查。
14.本发明操作简单、高效，能够快速完成接地线，提升了工作效率，节省了人力，并且可以对挂接的状态进行监测，防止非法拆装或跌落。
15.本发明提升了变电站大型检修现场挂放接点线的自动化、智能化程度。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的结构框图，图3是本发明的流程图；图中1是操作杆，2是夹持部，3是电动推杆，4是移动部，5是led灯。
具体实施方式
17.本发明如图1-3所示，包括操作杆1，所述操作杆的顶部设有c形夹持部2，还包括安全监测管理平台、通讯模块、控制模块、执行机构、空间位置模块和电源，所述安全监测管理平台通过通讯模块连接控制模块，所述执行机构、空间位置模块和电源分别连接控制模块，所述执行机构包括电动推杆3和移动部4，所述操作杆具有容置腔，所述电动推杆、控制模块、空间位置模块和电源分别位于操作杆的容置腔内，所述电动推杆用于驱动移动部，使得移动部活动位于夹持部的c形口内；所述电源用于对执行机构和空间位置模块供电。
18.本发明在工作中，通过安全监测管理平台便于远程控制执行机构，能够快速完成接地线，提升了工作效率，节省了人力；同时，通过设置空间位置模块，可以对挂接的状态进行监测，防止非法拆装或跌落。
19.还包括用户终端，所述用户终端通过通讯模块连接控制模块，所述用户终端连接安全监测管理平台。可通过用户终端直接操作，提高效率。
20.所述执行机构还包括led灯5，所述led灯设在夹持部上。设置led灯，便于照明，适用于夜间操作，提高安全性。
21.所述空间位置模块包括双模定位模块和六轴传感器，所述双模定位模块包括北斗和gps。通过定位和运动状态双重监测作用，便于提高预警的精确性和可靠性。
22.其中，安全监测管理平台负责下发指令、反馈信息的显示，完成集中调度及显示；用户终端用于操作人员操作，查询设备状态；通讯模块负责平台、移动终端与电动接地线的双向通信，可选用4g、5g等；执行机构包括电动推杆和led灯，电动推杆伸缩完成夹紧或释放动作，led灯负责夜间辅助照明；控制模块包括主控板和加密芯片；各反馈单元反馈的信息包括夹紧/松开状态、led灯开关状态、电池电量、位置信息、运动信息、压紧力大小，这些信息通过加密芯片加密后，通过4g通讯反馈到安全监测管理平台及用户终端；电源部分包括12v电池、电压转换模块、限流模块、低功耗模块，用于设备供电、保护电路及降低功耗。
23.本发明由安全监测管理平台和用户终端通过4g通讯模块和数据加密芯片实现和电动接地线交互。当有挂接任务时，安全监测管理平台通过4g通讯模块给用户终端操作权
限，用户终端通过4g通讯模块向电动接地线发送动作指令，电量、压紧状态、开关灯状态、压紧力大小、定位信息、动作信息通过加密芯片加密后反馈给用户终端和安全监测管理平台，由安全监测管理平台统一监控管理。
24.具体运行情况如下：安全监测管理平台：负责总控及状态监测，同时给用户终端权限，有权限的用户终端可以通过4g通讯模块向电动接地线发送压紧、松开命令，打开、关闭led灯命令，使设备完成相应动作。夹紧状态、led灯的开关状态、电池电量、定位、压紧力大小及挪动信息等反馈信息经过加密芯片nrsec3000加密后，反馈给安全监测管理平台进行显示，完成监管。
25.压紧动作时：电动接地线由人工挂接到电线上后，用户终端通过4g通讯模块向执行机构发送压紧指令，电动推杆上推，夹头闭合（即夹持部和移动部闭合）；夹头夹紧后，电流会持续增加，通过电流反馈将电流大小转换为压紧力大小，待反馈电流达到设定值后，即压力达到设定压紧值，电动推杆停止动作，并将压紧状态及压紧力大小经过加密芯片加密，通过4g通讯模块反馈给平台和用户终端，完成压紧。
26.松开动作时：若需取下已挂接的电动接地线，用户终端通过4g通讯模块向执行机构发送松开指令，电动推杆缩回，夹头松开；当电机运行到下限位后，停止动作，完成松开动作，此时，处于最大开口状态，方便下次完成夹紧动作。并将松开状态经过加密芯片加密，通过4g通讯模块反馈给安全监测管理平台和用户终端，完成松开，工作人员即可取下电动接地线。
27.led灯动作时：若在夜间工作，用户终端通过4g通讯模块向执行机构发送打开led灯指令，夹头处led灯打开，辅助照明，辅助操作人员挂接电动接地线。不需要照明时，安全监测管理平台通过4g模块向执行机构发送关闭led灯指令，夹头处led灯关闭。动作完成后，开/关灯状态经过加密芯片加密后，通过4g通讯模块反馈给安全监测管理平台和用户终端，完成反馈交互。
28.电源管理：由12v电池及电压转换模块为各部分供电，电源电路集成限流模块，用来保护设备不被突发情况引起的高电压击穿。电动接地线挂接到电线上后，若长时间未操作，休眠进入低功耗模式，达到省电的目的，使设备拥有更长待机时间。内部集成震动传感器，当要进行操作时，只需晃动，退出低功耗模式，开始正常工作。
29.电池电量监测：电池电压通过ad转换，计算出电池电量，将电池电量经过加密芯片加密后，通过4g通讯模块反馈给安全监测管理平台和用户终端，完成电池电量监控。
30.信息反馈：包括夹紧/松开状态、压紧力大小、led灯开关状态、电池电量、位置信息、运动信息，前四个状态已在执行过程中完成反馈。
31.电动接地线的三维位置信息通过gps、北斗双模定位模块测得；运动状态信息即当前三维方向运动的角速度和加速度，通过mpu6050六轴加速度、角速度传感器测得。
32.双模定位模块的定位信息和六轴传感器的位姿信息经过两级预警的融合，计算出设备当前状态及动作设备的位置，进行非法挪动或脱落报警，信息由加密芯片加密，通过4g通讯模块发送给安全监测管理平台进行反馈，平台收到相应信息作出对应状态显示。
33.挂接完成的接地线存在以下三种运动状况：
①
受到风的吹动而轻微摆动；
②
人为因素拆装；
③
接地线异常脱落。
34.为了确定运动原因，防止非法挪动或脱落，本发明利用双模定位模块、六轴传感器
和安全监测管理平台锁定三部分配合完成两级预警状态的估计算法，从而实现非法拆装或脱落预警功能。
35.为保证接地线工作有序进行并保证安全性，接地线的挂接和取下只能由指定工作人员完成。当确定挂接任务后，安全监测管理平台通过4g通讯，向指定终端设备发送解锁命令，使相应工作人员拥有对应接地线的操作权限，工作人员完成接地线挂接任务后，安全监测管理平台收回工作人员的操作权限，同时启动接地线预警功能，通过两级状态预警对接地线挂接状态进行实时监控。
36.一级预警：利用双模定位模块获得挂接完成的接地线三维坐标x、y、z，以此坐标为圆心点，利用三个方向坐标变化量通过位置移动算法计算出物体相对于初始点位置变化量r；（1.1）若r≤5cm，判定为此时接地线受风力吹动而摆动即原因一；（1.2）若5cm＜r≤20cm，判定为此时有相关人员在非法拆装接地线即原因二，发出非法拆装一级黄色预警；（1.3）若r＞20cm，判定为接地线脱落即原因三，平台发出接地线跌落一级黄色预警。
37.二级预警：在一级预警的基础上，利用六轴传感器获得三个方向的角速度和加速度信息，经过ad转换将模拟信号转换为数字信号，将转换出的数字时域信号利用fft算法转换为频域信号，得到信号频谱，对得到的信号频谱进行在线频谱分析；（2.1）若一级预警为接地线受风力吹动而摆动，且此时频谱分析频率在50hz以内，二级预警判定为属于风力吹动导致的震动，并利用震动频率计算出对应风力大小，显示在平台上；（2.2）若一级预警发出非法拆装一级黄色预警，且此时频谱分析频率在50hz-300hz区间，判定为有人在非法挪动接地线，平台发出非法拆装二级红色预警，通知工作人员前去查看；（2.3）若一级预警发出接地线跌落一级黄色预警，且此时频谱分析频率大于300hz，判定为接地线跌落，平台发出接地线跌落二级红色预警，表明接地线脱落，通知工作人员前去检查。
38.本发明通过两级预警，可以有效检测到接地线被非法操作，并且减少误报现象。
39.本发明对传统携带型短路接地线进行了设计改造，并增加了监控平台和非法挪动预警，实现了对接地线分布、挂接状态、设备信息等的实时监测和综合管理。本发明节约了人力，提高了接地线的速度，提升了挂接接地线的效率，并且提升了可监测性，提高了夹紧质量，有效提高了人身和设备安全。
40.对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以
得到新的实施例；以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。