一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置的制作方法

1.本发明涉及电力安全技术领域，尤其涉及一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置。


背景技术：

2.电能作为社会正常运行和发展的重要保证，作为国家经济的基础产业，各级用电企业和居民客户对于其持续供应和优质质量提出的要求越来越高。变电站作为电能传输的重要中间环节，其安全问题一直是地方各级政府和电力公司特别关注的。为了满足供电可靠性的要求，变电站会定期对各种带电设备和装置开展停电检修和维护工作。
3.大型设备的搬运和检查都会使用到吊车进行现场作业。由于变电站一般不能做到全部母线和变压器停电作业，导致吊车在进行作业过程中，变电站中的一部分母线和变压器仍然在正常运行。吊车作为在变电站高压场地上的车辆，可以近似为接地系统，而且吊车的吊臂和车身一般都为导电材质的金属制成，一旦吊臂距离带电设备一定范围时，就会出现击穿放电现象，使得变电站中继电保护设备动作断开相关断路器，造成现场作业人员伤亡以及用电客户非计划停电等不良社会影响。因此，为了保证现场工作人员和设备的安全，吊车在现场吊装设备过程中的吊臂升降、伸缩和旋转等操作，应与在运行中的带电设备必须保持足够的安全距离。
4.目前，变电站中吊车作业主要依靠规章制度和作业人员的责任心来保证现场的安全风险。管控难度主要有两个：一方面作业现场施工环境复杂多变，造成指挥人员和现场专职安全人员需要管控的风险面比较广且管控难度大；另一方面吊车与带电设备安全距离仅由专职人员站在地面依靠肉眼仰视观察并判断，一旦现场带电设备交错复杂，吊车与带电设备的距离很难准确衡量。
5.因此，为了解决作业吊车与带电设备之间安全性的问题，有必要提出一种适用于变电站作业吊车的多功能测距装置，对安全距离不足问题进行检测并防范。


技术实现要素：

6.本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置，结构简单，操作方便且省时省力，能衡量出作业吊车与带电设备之间是否安全，并对安全距离不足问题进行防范。
7.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置，安装于作业吊车上，包括相互通信的车载模块和地面分析显示模块；其中，
8.所述车载模块安装于所述作业吊车靠近指定带电设备一侧的预设位置上，用于在所述作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备周边的电场信号，且对所述电场信号进行信号预处理及数据计算，进一步将计算结果数据发送给所述地面分析显示模块；其中，所述结果数据包括所述作业吊车与所述指定带电设备之间的电场强度、方向及距离；
9.所述地面分析显示模块安装于所述作业吊车靠近其操作室的一侧的预设位置上，
用于显示接收到的结果数据和预先设置阈值数据；以及，将接收到的结果数据与所述阈值数据进行对比，并根据对比结果，判断所述作业吊车的操作是否安全，且进一步在判断出不安全时，进行报警；其中，所述阈值数据包括电场强度阈值和距离阈值。
10.其中，所述车载模块包括多个电场强度测量传感器、信号调理单元、数据处理单元和数据发送单元；其中，
11.所述多个电场强度测量传感器均与所述信号调理单元的输入端相连，用于在所述作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备xyz三个方向的电场信号；
12.所述信号调理单元的输出端与所述数据处理单元的输入端相连，用于对电场信号进行信号预处理；其中，所述信号预处理包括信号放大、信号滤波和信号模数转换；
13.所述数据处理单元的输出端与所述数据发送单元的输入端相连，用于对信号处理之后的电场信号进行映射计算，得到所述结果数据；其中，所述结果数据中的电场强度为xyz三个方向电场强度的矢量和；所述结果数据中的电场方向是通过水平偏转角和竖直偏转角计算出来的；所述水平偏转角为x方向和y方向电场强度比值的反正切，所述竖直偏转角为z方向和xy矢量合成方向的电场强度比值的反正切；所述结果数据中的电场距离是根据预设的目标定位算法计算出来的；
14.所述数据发送单元的输出端与所述地面分析显示模块相连，用于将所述结果数据发送给所述地面分析显示模块。
15.其中，所述地面分析显示模块包括数据接收单元、数据分析对比单元、可输入输出的显示单元和报警单元；其中，
16.所述数据接收单元的输入端与所述数据发送单元的输出端相连，用于接收所述结果数据并传输给所述数据分析对比单元；
17.所述数据分析对比单元的输入端与所述数据接收单元的输出端相连，输出端与所述显示单元及报警单元相连，用于将所述结果数据推送至所述显示单元进行显示，或响应用户在所述显示单元上对所述预置数据的操作，以实现对所述阈值数据的设定及修改；以及，将所述结果数据与所述阈值数据进行对比，并在判断出所述结果数据中的电场强度小于所述电场强度阈值且所述结果数据中的电场距离大于所述距离阈值，则认为所述作业吊车的操作安全；反之，在判断出所述结果数据中的电场强度大于所述电场强度阈值或所述结果数据中的电场距离小于所述距离阈值时，则认为所述作业吊车的操作不安全，并进一步生成报警信号发送给所述报警单元；
18.所述显示单元，用于显示所述结果数据；或接收用户在其上对所述阈值数据的操作；
19.所述报警单元，用于接收所述报警信号并进行报警。
20.其中，所述多个电场强度测量传感器为三个相互正交的电容器；其中，每一电容器均由两个电容板形成；六个电容板分别布置于一个立方体装置的六个表面上。
21.其中，所述信号调理单元包括用于信号放大的差动放大电路、用于信号滤波的50hz带通滤波电路和用于信号模数转换的模数转换电路。
22.其中，所述数据处理单元和所述数据分析对比单元均采用型号为stm32的单片机。
23.其中，所述数据发送单元和所述数据接收单元通过无线方式进行通信。
24.其中，所述显示单元为可触控输入的液晶显示器或带有按键输入的液晶显示器。
25.其中，所述报警单元为蜂鸣器和/或报警灯。
26.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
27.1、本发明通过车载模块在作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备周边的电场信号，以计算得到结果数据并发给地面分析显示模块进行显示，以及将结果数据与预设的阈值数据进行对比，且根据对比结果，以判断出作业吊车操作安全性，进一步在不安全时进行报警，从而能快速衡量出作业吊车与带电设备之间是否安全，并通过报警对安全距离不足问题进行防范；
28.2、本发明还能根据实际需要，通过在地面分析显示模块上预设的阈值数据来预先定义不同的测量范围，从而满足与不同的带电设备的安全距离范围需求；
29.3、本发明采用模块化结构设计，使得整个装置的结构简单，且操作省时省力。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
31.图1为本发明实施例提供的一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置的结构示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
33.如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种用于变电站作业吊车的多功能测距装置，安装于作业吊车(未图示)上，包括相互通信的车载模块1和地面分析显示模块2；其中，
34.车载模块1安装于作业吊车靠近指定带电设备(未图示)一侧的预设位置(如吊车吊臂的顶部、吊臂的左右侧面以及所吊设备底部等等)上，用于在作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备周边的电场信号，且对电场信号进行信号预处理及数据计算，进一步将计算结果数据发送给所述地面分析显示模块；其中，结果数据包括作业吊车与指定带电设备之间的电场强度、方向及距离；
35.地面分析显示模块2安装于作业吊车靠近其操作室(未图示)的一侧的预设位置(如操作台等)上，用于显示接收到的结果数据和预先设置阈值数据；以及，将接收到的结果数据与阈值数据进行对比，并根据对比结果，判断作业吊车的操作是否安全，且进一步在判断出不安全时，进行报警；其中，阈值数据包括电场强度阈值和距离阈值。
36.在本发明实施例中，车载模块1包括多个电场强度测量传感器11、信号调理单元12、数据处理单元13和数据发送单元14。其中，
37.多个电场强度测量传感器11均与信号调理单元12的输入端相连，用于在作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备xyz三个方向的电场信号；在一个例子中，多个电场强度测量传感器11为三个相互正交的电容器；其中，每一电容器均由两个电容板形成；六个电容板分别布置于一个立方体装置的六个表面上。
38.信号调理单元12的输出端与数据处理单元13的输入端相连，用于对电场信号进行信号预处理；其中，信号预处理包括信号放大、信号滤波和信号模数转换；在一个例子中，信号调理单元12包括用于信号放大的差动放大电路、用于信号滤波的50hz带通滤波电路和用于信号模数转换的模数转换电路。
39.数据处理单元13的输出端与数据发送单元14的输入端相连，用于对信号处理之后的电场信号进行映射计算，得到结果数据；其中，该结果数据中的电场强度为xyz三个方向电场强度的矢量和；该结果数据中的电场方向是通过水平偏转角和竖直偏转角计算出来的；水平偏转角为x方向和y方向电场强度比值的反正切，竖直偏转角为z方向和xy矢量合成方向的电场强度比值的反正切；该结果数据中的电场距离是根据预设的目标定位算法计算出来的；在一个例子中，数据处理单元13采用型号为stm32的单片机。.
40.数据发送单元14的输出端与地面分析显示模块2相连，用于将结果数据发送给地面分析显示模块2。在一个例子中，数据发送单元14采用wifi、zigbee、4g、5g等之中一个无线通信模块。
41.应当说明的是，车载模块1应位于吊车在容易接近指定带电设备的部位。电场强度测量传感器11完成对电场强度和方向的检测，将电场强度信号经信号调理单元12进行信号放大、信号滤波、信号模数转换为数字电压信号，再由作为车载模块1控制和数据处理核心的数据处理单元1读取数字电压信号的数据并进行电场强度、方向和距离的计算以及距离映射处理，最后通过无线发送的方式由数据发送单元14将经处理后的结果数据发送到地面端的地面分析显示模块2。
42.更进一步的，信号调理单元12主要完成对电场强度测量传感器11测得的三个方向上的电场强度的微弱电压信号的放大和滤波，采用差动放大，2.5v作为偏置电压。由于是测量工频交流高压输电线路的电场强度，因此滤波电路滤除其他频率的干扰信号，只保留50hz的信号。经过放大和滤波的电压信号送入型号为ad7888的模数转换器来完成。其中，ad7888具有低功耗，用2.7v至5.25v单电源工作，最大通过率为125ksps等特点，且ad7888的输入采样/保持电路在500ns内获取一个信号，采取单端采样方式，它包含8个单端模拟输入，从ain1到ain8，每个通道的模拟输入从0到vref，全功率信号转换可达3mhz。
43.更进一步的，采用单片机型号为stm32的数据处理单元13主要完成以下功能：通过模数转换接口定时读取经模数转换后三个方向电场强度的数字信号；根据读取到的表征电场的数字信号，按照电场强度和方向计算算法确定探测到的电场强度及方向，同时根据读取到的数字信号，按照目标定位算法计算出电场距离，即作业吊车与指定带电设备之间的距离。
44.在本发明实施例中，地面分析显示模块2包括数据接收单元21、数据分析对比单元22、可输入输出的显示单元23和报警单元24。其中，
45.数据接收单元21的输入端与数据发送单元14的输出端相连，用于接收结果数据并传输给数据分析对比单元22；在一个例子中，数据接收单元21与数据发送单元14采用的模块相同并通过无线方式进行通信，其为wifi、zigbee、4g、5g等之中一个无线通信模块。
46.数据分析对比单元22的输入端与数据接收单元21的输出端相连，输出端与显示单元23及报警单元24相连，用于将结果数据推送至显示单元23进行显示，或响应用户在显示单元23上对预置数据的操作，以实现对阈值数据的设定及修改；以及，将结果数据与阈值数
据进行对比，并在判断出结果数据中的电场强度小于电场强度阈值且结果数据中的电场距离大于距离阈值，则认为作业吊车的操作安全；反之，在判断出结果数据中的电场强度大于电场强度阈值或结果数据中的电场距离小于距离阈值时，则认为作业吊车的操作不安全，并进一步生成报警信号发送给报警单元24；在一个例子中，数据分析对比单元22采用型号为stm32的单片机。
47.显示单元23，用于显示结果数据；或接收用户在其上对阈值数据的操作；在一个例子中，显示单元23为可触控输入的液晶显示器或带有按键输入的液晶显示器。
48.报警单元24，用于接收报警信号并进行报警；在一个例子中，报警单元24为蜂鸣器和/或报警灯。
49.应当说明的是，地面分析显示模块2通过数据接收单元21接收到相应的结果数据后，通过显示单元23显示数据，同时在数据分析对比单元22中与设定的阈值数据进行判断，若电场距离小于距离阈值或电场强度超过电场强度阈值，则输出高电平驱动报警单元24中的蜂鸣器和报警灯提醒。因此，采用三个方向合成的电场强度和距离来判断与带电设备的安全距离更加可靠。
50.由此可见，通过本发明实施例中多功能测距装置的测量数据能够为变电站中的作业吊车提供重要的指导作用，有助于保护现场作业人员的安全，确保变电站中带电设备的正常运行。
51.实施本发明实施例，具有如下有益效果：
52.1、本发明通过车载模块在作业吊车的操作工况下，感应指定带电设备周边的电场信号，以计算得到结果数据并发给地面分析显示模块进行显示，以及将结果数据与预设的阈值数据进行对比，且根据对比结果，以判断出作业吊车操作安全性，进一步在不安全时进行报警，从而能快速衡量出作业吊车与带电设备之间是否安全，并通过报警对安全距离不足问题进行防范；
53.2、本发明还能根据实际需要，通过在地面分析显示模块上预设的阈值数据来预先定义不同的测量范围，从而满足与不同的带电设备的安全距离范围需求；
54.3、本发明采用模块化结构设计，使得整个装置的结构简单，且操作省时省力。
55.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。