用于电力作业的安全预警系统、设备及方法与流程

本发明涉及电力作业预警领域，具体涉及一种用于在电力作业时当作业人员过于靠近带电物品时进行安全预警的系统、设备及方法。

背景技术：

在电力生产作业中，《安规》明确规定作业人员应当与相关带电设备或者线路保持相应的安全距离以确保电网设备和人身安全。但是在现场实际生产作业中，受电网设备类型、电压等级、设备是否带电等多方面因素影响，作业人员并无可以有效使用的参照依据，往往仅凭目测、估计等方式确定作业安全距离，很难保证自身处于作业安全区域内。加之作业人员在作业现场还会出现和面临误入带电间隔、因不确定因素产生的突然来电等意外状况等因素，都使得现场作业人员不能及时采取相应措施来进行自我保护。

为了更好地保护作业人员，安全预警系统应运而生。现有的安全预警系统，一般包括控制模块以及分别与控制模块连接的探测模块和报警模块；探测模块，用来探测作业人员与带电物品距离；控制模块，用来根据探测模块传递来的探测信号判断作业人员和带电物体的当前距离是否处于安全距离范围内，若当前距离超过安全距离，控制模块向报警模块发送启动信号。报警模块，用来在接收到启动信号后报警，提醒作业人员已经超出安全距离，需要立即注意。

虽然，现有的安全预警系统能够为作业人员提供基本的提醒功能，但是仍具有以下无法回避且十分影响预警正常工作的缺点：一、现有的安全预警系统的控制模块需要作业人员通过手动选择不同电压等级的档位来实现高压报警，当现场电压等级较多时，需要频繁的手动调档，操作非常不便捷；二、现有的安全预警系统每次只能针对单一方向的带电物品进行预警提醒，而作业人员处于立体环境当中，身体的四周皆有可能触碰到带电物品，安全预警系统在其他方向的预警缺失有可能会给作业人员带来严重的伤害；三、现有的安全预警系统仅有提醒的功能，无法更好地帮助作业人员有效规避风险和危害。

技术实现要素：

本发明提供一种用于电力作业的安全预警系统，以解决现有的安全预警系统需要作业人员选择不同电压等级的档位后才能进行高压报警的问题。

为解决以上问题，提供如下方案：

本方案中的用于电力作业的安全预警系统，包括控制模块以及分别与控制模块电连接的探测模块和报警模块；

所述探测模块，用来探测作业人员与带电物品之间的当前距离并将探测结果转换为探测信号发送给控制模块；

所述控制模块，预设有多个针对不同电压等级的安全距离范围；所述控制模块根据接收到的探测信号自动选择对应电压等级的安全距离范围；所述控制模块，用来根据探测信号判断当前距离是否处于被选择的安全距离范围内；若当前距离超出过安全距离范围，控制模块向报警模块发送启动信号；不同安全距离范围对应的启动信号等级不同；

所述报警模块，包括多个不同等级的报警方式；所述报警模块，用来在接收到启动信号后，采用对应等级的报警方式报警。

名词解释：

带电物品：指包括带电设备、带电线路在内的，所有作业人员在作业环境中有可能会触碰到，进而可能会给作业人员带来危险的，携带电流的物品。

本方案的优点在于：

本方案的中的控制模块中预先设置了针对多个不同电压等级的安全距离范围，控制模块是通过探测模块传递来的探测信号自动选择了对应的安全距离范围，使控制模块根据被选择的安全距离范围来判断当前距离是否超出范围，进而控制报警模块是否启动。本方案无需作业人员对于电压等级进行选择，而由控制模块自动完成选择并进行判断和预警，使作业人员的整个操作更加简便。

报警模块和报警模块中针对不同安全距离范围的启动信号和报警方式等级均不同，使得报警模块在报警的时候能够使作业人员清楚地知道自己所处位置在于哪个安全等级内。同时，这样的设置在多个不同电压存在的作业环境中，作业人员能够灵活地根据报警等级来判断和选择针对不同电压带电物品时应该处于什么距离和什么位置。本方案在自动选择档位的同时，又增加了对于复杂作业环境的适应性和灵活性。

进一步，若当前距离在安全范围内，控制模块向报警模块发送停止信号；所述报警模块停止报警。

探测模块时刻都探测着作业人员和带电物品之间的距离，避免因为探测漏洞而使作业人员与带电物品因为接触而发生危险。而当探测到的当前距离处于安全距离范围内的时候，控制模块向报警模块发送停止信号，使报警模块不工作。

进一步，所述探测模块包括多个分布在作业人员周身的感应模块；所述报警模块包括多个与感应模块一一对应设置的光控模块或者声控模块；所述感应模块从被探测的带电物品上通过电磁感应获取感应电流；所述感应模块为所述光控模块或者声控模块供电。

感应模块对应设置有光控模块或者声控模块，通过光控模块或者声控模块，能够提醒作业人员注意，进行报警。而感应模块和与之对应的光控模块和声控模块都是分布在作业人员周身位置上，使作业人员在作业过程中，能够被全方位地探测作业人员与各个位置的带电物品之间的当前距离，有效避免了作业人员其他位置因为没有探测而出现触碰带电物品的情况。本方案为作业人员提供了立体的、全方位的预警保护，有效解决了现有预警系统只能单方向探测和预警的问题。

通过感应模块，直接利用与带电物品之间的电磁感应产生的感应电流，为光控模块或者声控模块供电，能够有效节约电源。同时，能够直接将感应电流作为探测信号传递给控制模块。电流信号作为最直观的电信号之一，不仅能够作为数字电子器件的输入信号，也能作为模拟电子器件的输入信号。本方案中的感应模块兼具了电源和探测器的功能。

进一步，所述报警模块，包括多个与感应模块对应设置的动力模块；所述动力模块，在报警模块启动后，向被探测的带电物品施加无接触的反作用力。

本方案除了报警提醒工作人员以外，还通过动力模块在不接触被探测带电物品的时候，产生与靠近带电物品方向相反的反作用力，该反作用力作用于作业人员身上，使作业人员被推动，朝远离作业人员的方向移动。

通过该反作用力的阻挡，能够有效提醒和帮助作业人员远离带电物品，使作业人员能够在安全距离范围内完成相关作业操作。

进一步，所述动力模块，包括由感应模块供电驱动的微型电机以及由微型电机驱动的喷气机构或者喷火机构。

本领域内的微型电机，指的是直径小于160mm或额定功率小于750w或具有特殊性能、特殊用途的电机。本方案中的微型电机，其直径小于30mm。微型电机足够小，不会影响作业人员本身的操作，同时又能为喷气机构和喷火机构提供机械动力。喷气机构，通过向带电物品喷气产生反作用力，喷火机构通过向带电物品喷火产生反作用力。无论是喷气机构还是喷火机构，在产生反作用力的同时，都会因为作用到带电物品上的作用力而对带电物品的表面形成清洁作用。

本发明还提供了一种用于电力作业的安全预警设备，用来解决现有的安全系统中的安全预警设备需要作业人员选择不同电压等级的档位后才能进行高压报警的问题。

本方案中的用于电力作业的安全预警设备，包括用来供作业人员穿戴的安全背带；所述安全背带上设置有控制模块以及分别与控制模块电连接的探测模块和报警模块；

所述探测模块，用来探测作业人员与带电物品之间的当前距离并将探测结果转换为探测信号发送给控制模块；

所述控制模块，预设有多个针对不同电压等级的安全距离范围；所述控制模块根据接收到的探测信号自动选择对应电压等级的安全距离范围；所述控制模块，用来根据探测信号判断当前距离是否处于被选择的安全距离范围内；若当前距离超出过安全距离范围，控制模块向报警模块发送启动信号；不同安全距离范围对应的启动信号等级不同；

所述报警模块，包括多个不同等级的报警方式；所述报警模块，用来在接收到启动信号后，采用对应等级的报警方式报警。

本方案的优点在于：

安全背带穿戴在作业人员的身上，避免了安装在安全背带上的各个模块影响作业人员四肢的操作。同时，因为探测模块和报警模块设置在安全背带上，使探测模块能够准确探测到工作人员和带电物品之间的当前距离，同时，使报警模块在作业人员穿戴的安全带上报警，能够更加直接地引起作业人员的注意，使作业人员及时接收到报警信号，进而及时调整位置恶化姿势，阻止继续向带电物品靠近，避免因为接触带电物品而产生危险。

本方案通过控制模块自动选择电压等级档位，避免作业人员选择的麻烦。而控制模块中的多种电压等级档位以及报警模块中多种不同档位的报警方式设置，可以使作业人员清楚地知道自己所处的位置的安全等级，方便作业人员在靠近不同电压等级的带电物品的时候，能够通过报警方式的不同合理选择合适的位置和姿势。

进一步，所述探测模块还包括探测电极；所述控制模块为微控制器；所述微控制器的输出端与探测电极连接；所述报警模块为与微控制器输出端连接的蜂鸣器。

在不带电的环境下进行操作的时候，可以用探测电极来探测物品是否因为漏电而存在带电情况，当探测电极探测到物品带电的时候，向微控制器传递电信号，使蜂鸣器响动报警。因为是在不带电的环境下进行操作，即使存在漏电，也不会影响到作业人员的人身安全，同时，因为操作人员一般都穿了安全防护服，因此完全可以忽略在这样作业环境下的漏电电流造成的危害。但是，通过蜂鸣器的即使报警，能够帮助作业人员快速找到存在的问题，进行维修。通过本方案，增加了这套安全预警设备的应用范围。

进一步，所述探测模块包括多个分布在安全背带外侧上的感应模块；所述报警模块包括多个与感应模块一一对应设置的光控模块或者声控模块；所述感应模块从被探测的带电物品上通过电磁感应获取感应电流；所述感应模块为所述光控模块或者声控模块供电。

通过光控模块发光或者声控模块发声，能够起到提醒作业人员的作用。感应模块为光控模块或者声控模块供电，能够直接通过电路的联通与否直接地控制发光或者发声报警。再加上控制模块的控制，能够使光控模块和声控模块按照不同等级进行不同亮度或者不同分贝的报警。

进一步，所述报警模块，包括多个与感应模块对应设置的动力模块；所述动力模块设置在安全背带的外侧面上；所述动力模块，在报警模块启动后，向被探测的带电物品施加无接触的反作用力。

报警模块直接设置在安全背带上，使动力模块在动作的时候，能够让人体直接感受到，产生的反作用力能够及时提醒作业人员回到安全距离范围内再进行操作。

本发明还提供了一种用于电力作业的安全预警方法，用来解决利用现有的安全预警系统在使用时需要作业人员选择不同电压等级的档位后才能进行高压报警的问题。

本方案中的用于电力作业的安全预警方法，包括以下步骤：

步骤一，探测模块实时探测作业人员与带电物品之间的当前距离，探测模块将探测结果转换为探测信号发送给控制模块；

步骤二，控制模块按照预先设置的针对不同电压等级的安全范围和探测信号的对应关系，选择对应等级的安全距离范围；

步骤三，控制模块将探测信号对应的当前距离和安全距离范围进行对比，控制模块判断当前距离是否超出安全距离范围；

步骤四，若当前距离超出对应的安全距离范围，控制模块向报警模块发送对应等级的启动信号；

步骤五，报警模块在接收到启动信号后，启动对应等级的报警方式进行报警。

本方法的优点在于：

不需要作业人员选择档位，在任何的作业环境下，都能够直接通过探测模块、控制模块和报警模块，自动探测到作业人员与带电物品的当前距离，并通过判断是否超出安全距离范围，通过报警模块及时报警提醒。本方法使作业人员在进行作业的时候，能够减少作业前的预警准备操作，同时增加预警保护能力。

附图说明

图1为本发明实施例中用于电力作业的安全预警系统的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例基本如附图1所示：用于电力作业的安全预警系统，包括控制模块以及分别与控制模块电连接的探测模块和报警模块；探测模块和报警包括一一对应设置，一起形成预警单元。

其中，探测模块，用来探测作业人员身上安装探测模块的位置与带电物品之间的距离，我们将这个距离称为当前距离。根据探测模块自身的电性特点，将探测结果转换为电流或者电压信号表示的探测信号发送给控制模块。不同的电压等级的带电物品，其与探测模块在相同距离中产生的探测信号大小不同，即可以理解为不同电压等级的带电物品其产生的探测信号也具有不同等级。

控制模块，预设有多个针对不同电压等级的安全距离范围；控制模块根据接收到的探测信号的等级，能够对应地选择对应该电压等级的安全距离范围。实际上，也就是选择能够和该探测信号进行对比的最接近的电信号对应的安全距离范围。控制模块，用来根据探测信号判断当前距离是否处于被选择的安全距离范围内；若当前距离超出过安全距离范围，控制模块向报警模块发送启动信号；不同安全距离范围对应的启动信号等级不同；若当前距离在安全范围内，控制模块向报警模块发送停止信号。

报警模块，包括多个不同等级的报警方式，即不同的探测信号其最终引起的报警方式会不同，能够使作业人员通过报警方式获知当前所处的安全等级，以便作出相应操作。报警模块，用来在接收到启动信号后，采用对应等级的报警方式报警。报警模块停止报警。

探测模块包括多个分布在作业人员周身的感应模块；报警模块包括多个分别与感应模块对应连接的光控模块和动力模块。感应模块从被探测的带电物品上通过电磁感应获取感应电流；当感应模块越靠近带电物体，其电磁感应的反应越大，获取的感应电流和感应电动势也越大。感应模块通过产生的感应电动势为光控模块供电。感应模块也可以为控制模块供电。若为了保证控制模块的平稳用电，也可以单独为控制模块提供蓄电池供电。

其中，动力模块，在报警模块启动后，向被探测的带电物品施加无接触的反作用力。本实施例中的动力模块，包括由感应模块供电驱动的微型电机以及由微型电机驱动的喷气机构。

利用上述安全预警系统，本实施例中的用于电力作业的安全预警设备，包括用来供作业人员穿戴的安全背带；安全预警系统中的控制模块以及探测模块和报警模块等都安装在安全背带上。

安全背带包括腰带、左手环、右手环、左脚环以及右脚环；腰带、左手环、右手环、左脚环和右脚环上都分别连接有用来调节各自长度的安全锁扣。安全锁扣为现有售卖的产品，其结构在此不再赘述。腰带的上端连接有左肩带和右肩带；腰带的下端连接有裆带；所述左肩带和右肩带的前侧之间设置有第一连接带；所述左肩带和左手环之间设置有左手带；所述右肩带和右手环之间设置有右手带；所述裆带的左侧与左脚环之间连接有左脚带；所述裆带的右侧与右脚环之间连接有右脚带；所述左肩带和右肩带的后侧之间设置有第二连接带；所述控制模块安装在第二连接带的夹层中；一组对应安装的感应模块和动力模块形成预警单元；每个预警单元都具有一个共同的外壳进行封装。多个预警单元分别镶嵌安装在腰带、左肩带、右肩带、第一连接带、第二连接带、左手带、右手带、左手环、右手环、左脚带、右脚带、左脚环以及右脚环的外侧面上，使动力模块产生的产生喷香带电物品的作用力，进而使带电物品能够形成针对动力模块的反作用力，使穿戴了安全背带的作业人员能够清楚感受到反作用力，进而在反作用力的提醒和引导下尽快回到安全距离范围内的位置上。

外侧面指的是远离人体的一面。安装预警单元的外侧面具体为安全背带朝向外面的一面上。通过左、右肩带，腰带和裆带，方便将整个安全背带牢固地穿戴在作业人员的身上。通过左、右手环，方便将左手带和右手带缠绕到手臂上。通过左、右脚环，方便将左脚带和右脚带分别缠绕到腿上。将预警单元设置在各个带上，便于在作业人员周身安装预警单元，避免作业人员的任何一个部位因为探测漏洞而发生触碰危险。

左、右肩带的前侧指的是位于人体前方的一侧，左、右肩带的后侧指的是位于人体后方的右侧。将控制模块安装在位于人体后侧的第二连接带上，能够在保护控制模块的同时避免影响作业操作。

通过第一连接带和第二连接带的连接，能够使整个安全背带更加紧密地穿戴在作业人员的身上，同时起到压紧安全防护服的作用，避免防护服触碰到带电物品。

此外，若在左肩带、右肩带或者腰带上设置安装环，还方便将安全背带与其他设备连接。进一步，所述探测模块包括多个分布在安全背带外侧上的感应模块；所述报警模块包括多个与感应模块一一对应设置的光控模块或者声控模块；所述感应模块从被探测的带电物品上通过电磁感应获取感应电流；所述感应模块为所述光控模块或者声控模块供电。

具体地，本实施例中的控制模块，采用stm32单片机，也可以用其他具有类似功能的微控制器。探测模块为缠绕着磁铁棒的感应线圈，当感应线圈在靠近带电物品时，产生的感应电流就是形成的探测信号。微控制器中根据不同电流大小预先设定了对应的距离，而通过测试将在安全距离范围界线上产生的电流大小作为标准信号。将探测信号与标准信号进行电流大小对比，就能够判断当前距离是否超出安全距离范围。报警模块为与感应线圈分别连通的光控模块和动力模块。

本实施例中的光控模块采用led灯珠，不同的感应电流会形成不同的感应电动势，进而使led灯珠产生不同的亮度。

本实施例中动力模块中的微型电机采用深圳市力辉电机有限公司的pbl3934120-5101微型无刷电机，也可以采用其他具有类似功能的电机替换。

本实施例中被微型电机驱动的喷气机构为开口向外的气囊，气囊的外壁上一体成型有限位槽，限位槽内卡接有与微型电机连接的凸轮。凸轮在随着微型电机的转动过程中，间歇性地挤压气囊，使气囊在喷气后能够在作业人员退回安全距离后吸气复位，方便下次再次进行喷气提醒。

本实施例中，对于特定的应用场景下，也可以不需要微控制器，直接通过感应电流的大小进行模拟判断和档位选择，根据led灯珠的亮度可以提醒作业人员当前的安全等级。同时，也可以通过气囊的喷气量来提醒安全等级，当感应电动势越大的时候，微型电机转动得越快，气囊被挤压的时间越快，同样体积的气体被快速喷出形成的作用力越大，进而人体受到的反作用力也越大。

利用上述系统和设备，在实际电力作业时，采用如下方法进行安全预警：

s1，通过安全背带，将控制模块以及与之连接的探测模块和报警模块穿戴在作业人员身上；在穿戴安全带是，先将左腿和右腿伸从左肩带和右肩带之间伸入，通过腰带和裆带将安全背带提起来，然后左手和右手分别穿过左肩带和右肩带。此时再分别将左脚环和右脚环戴在左脚踝和右脚踝上，分别转动左脚环和右脚环，调节左脚带和右脚带，使其以最自然的方式缠绕在左腿和右腿上，同时保障上面的预警单元中气囊的喷口朝外。然后用同样的操作，在左手腕和右手腕上戴上左手环和右手环，并调整左手带和右手带的缠绕和其外侧面的方向。当然，根据个人习惯，也可以先缠绕左、右手带或者左右脚带，再戴上左、右手环或者左、右脚环。为了方便统一制造和预警单元的安装，本实施例中的手环、脚环与其他的带状结构一样，都采用防水防火的带状结构，其具体材料可以从类似功能的有多种材料中选择，在此不赘述。

s2，当作业人员的某个部位十分靠近带电物体的时候，该部位上安装的预警单元开始工作。感应线圈产生感应电流并随着人体的靠近使电流增大，与感应线圈连通的微控制器接收到作为探测信号的感应电流后，微控制器根据预先设置的安全距离范围对应的标准信号，经过大小对比判断该预警单元对应的当前距离是否超出安全距离范围；当超出安全距离范围时，微控制器向报警模块发送启动信号，当未超出安全距离范围是向报警模块发送停止信号。

s3，报警模块在收到启动信号后，其中的led灯珠点亮并随着感应电流的大小变化进行亮度变化；微型电机启动开始转动，并随着感应电流大小的变化转速变化。在微型电机启动后，带动与之连接的凸轮转动，凸轮加油喷气机构中的气囊，使气囊中的气体从外侧上的喷口中喷出。

其中，微型电机和led灯珠直接根据感应电流的大小而出现不同电压等级是不同的亮度和不同的转速来呈现不同的报警方式。微控制器在对比探测信号的时候，自动选择与其相近的标准信号进行比较，而对于各个安全距离范围对应的标准信号，若被选择的标准信号不是最小的标准信号，则当前距离已经超出最小标准信号对应的安全距离范围，微控制器会启动报警模块报警。简言之，微控制器能够自动选择档位并进行判断，但是只要操作最远的安全距离范围时，即最小感应电流对应的标准信号时，报警模块已经被启动，只是无论是亮度还是喷气的强度都比较小而已，作业人员能够通过不同亮度和不同喷气强度受到的反作用力，合理选择在当前作业环境是继续靠近带电物品还是离远一点。

而在多个带电物品同时存在的情况下，作业人员能够根据具体产生预警反应的预警单元，在喷气反作用力的引导下不再使该身体部位靠近带电物品，不仅起到了提醒作用，还起到了引导和保护的作用。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，探测模块包括感应模块以及与感应模块分别连接的声控模块和动力模块。声控模块可以选择现有的语音播报模块或者蜂鸣器。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，探测模块，还包括探测电极；控制模块为微控制器；所述微控制器的输出端与探测电极连接；所述报警模块为与微控制器输出端连接的蜂鸣器。

当作业人员处于低压环境或者是在不带电的环境下进行操作的时候，可以用探测电极来探测物品是否因为漏电而存在带电情况，当探测电极探测到物品带电的时候，向微控制器传递电信号，使蜂鸣器响动报警。因为是在不带电的环境下进行操作，即使存在漏电，也不会影响到作业人员的人身安全，同时，因为操作人员一般都穿了安全防护服，因此完全可以忽略在这样作业环境下的漏电电流造成的危害。此时，该预警设备类似于电笔的操作，通过安全背带的设置，更加方便作业人员的肢体操作。而且，通过蜂鸣器的即使报警，能够帮助作业人员快速找到存在的问题，进行维修。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于，动力模块，包括由感应模块供电驱动的微型电机以及由微型电机驱动的喷火机构。喷火机构包括由微型电机带动产生相对运动的两个压电陶瓷，以及用来被压电陶瓷撞击产生的火花点燃的燃油或者液化气。喷火机构用来装燃油或者液化气的容器具有喷口，喷口朝向安全背带的外侧面。

当微型电机转动，利用现有的相对运动结构带动两个压电陶瓷撞击，产生的电火花点燃燃油或者液化气，产生的火焰通过喷口喷出，在喷火的同时产生向外作用的冲击力，该冲击力作用在带电物品上，会形成对于动力机构的反作用力，提醒作业人员注意安全距离。整个喷火机构可以参考打火机的结构。因为喷火的量不大，加上作业人员身上穿了防火防水的安全防护服，所以由喷火机构带来的副作用可以忽略不计。喷火机构不仅能够引导和提醒作业人员，还能对带电物品的表面垃圾进行焚烧清理，尤其适合高压带电线缆。

以上说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。