本發(fā)明涉及電力施工安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種工頻電場(chǎng)檢測(cè)方法及基于該檢測(cè)方法的工人在進(jìn)行電力施工近場(chǎng)作業(yè)時(shí)的近電報(bào)警裝置以防止不安全行為發(fā)生。

背景技術(shù)：

工頻電場(chǎng)：工頻又稱電力頻率。工頻的特點(diǎn)是頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)。我國工頻是50赫(Hz)，波長(zhǎng)是6000千米(Km)。

特征電壓等級(jí)：指的是國內(nèi)變電站特有的電壓等級(jí)，例如：10kV,35kV,110kV,220kV。

如圖1所示，檢修工人需要對(duì)圖中停電間隔進(jìn)行檢修，作業(yè)人員佩戴有近電報(bào)警裝置，在接到通知后來到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)工作強(qiáng)度比較大的時(shí)候，由于疲勞往往會(huì)誤入帶電間隔進(jìn)行作業(yè)，此時(shí)，近電報(bào)警裝置馬上就能檢測(cè)出該間隔內(nèi)是否是高壓電存在，避免因?yàn)閱坞姌O跳變?cè)斐傻恼`報(bào)警。

第一步：當(dāng)佩截戴有近電報(bào)警裝置的檢修人員進(jìn)去工作區(qū)域，此時(shí)他應(yīng)該工作在停電間隔。

第二步：但是檢修人員此時(shí)由于疏忽選擇沒有選擇正確的路線而是選擇了錯(cuò)誤的路線進(jìn)入帶電間隔。

第三步：當(dāng)檢修人員靠近帶電間隔，近電報(bào)警裝置出現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)通過語音告知其周圍存在高壓電場(chǎng)請(qǐng)小心，并同時(shí)說明高壓電場(chǎng)存在的方位在哪個(gè)方位，檢修人員意識(shí)到自己的失誤退出危險(xiǎn)區(qū)間，脫離危險(xiǎn)。

目前市面現(xiàn)有的近電報(bào)警裝置，如腕式報(bào)警器，是一種類似于手表的裝置佩戴在檢修人員的手腕部位，這種近電報(bào)警裝置采用一個(gè)單極電極檢測(cè)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的方法，該方法只能進(jìn)行定性的報(bào)警，并且報(bào)警的準(zhǔn)確性不高，經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)，還有一種是安裝與安全帽上，同樣存在這樣的問題,目前市面上沒有這樣的電極進(jìn)行電場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

另外，現(xiàn)在普遍使用的近電報(bào)警器裝置無法對(duì)變電站特征電壓等級(jí)進(jìn)行，無法對(duì)周圍存在的工頻電場(chǎng)有一個(gè)準(zhǔn)確的識(shí)別，誤報(bào)現(xiàn)象嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種工頻電場(chǎng)檢測(cè)方法及近電報(bào)警裝置，該方法采用兩個(gè)單極電極同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)兩個(gè)電極檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行差分運(yùn)算然后得出是否在工頻電場(chǎng)中，該裝置是一種基于該方法的近電報(bào)警裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種工頻電場(chǎng)檢測(cè)方法，采用電極進(jìn)行電場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)采樣，然后測(cè)量采用電極的電壓從而獲得對(duì)應(yīng)的工頻電壓；本方法中采用兩個(gè)電極，兩個(gè)電極之間形成的直線與高壓發(fā)生點(diǎn)相交，離高壓發(fā)生點(diǎn)近的稱第一電極，離高壓發(fā)生點(diǎn)遠(yuǎn)的稱第二電極；包括以下步驟：

步驟1、采集第一電極和第二電極上的電信號(hào)；

步驟2、對(duì)步驟1采集到的第一電極和第二電極上的電信號(hào)分別進(jìn)行放大形成兩路電壓信號(hào)；

步驟3、將兩路電壓信號(hào)分別進(jìn)行低通濾波，濾除調(diào)頻成份；

步驟4、對(duì)步驟3濾除了調(diào)頻成份的電壓信號(hào)分別進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成兩路數(shù)字信號(hào)；

步驟5、對(duì)兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算獲得差分結(jié)果；

步驟6、對(duì)步驟5的減法運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行仲裁，通過查圖表的方式提取特征模型，進(jìn)行匹配判斷當(dāng)前的電壓是多少電壓等級(jí)。

本發(fā)明的工頻電場(chǎng)檢測(cè)方法采用兩個(gè)電極對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行處樣然后通過對(duì)處樣信號(hào)進(jìn)行放大差分，能夠獲得非常準(zhǔn)確的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)檢測(cè)方法中：步驟2中放大倍數(shù)十萬倍量級(jí)。步驟6中的圖表是根據(jù)多樣本采集確定出來不同電壓等級(jí)的電場(chǎng)梯度分布圖。

本發(fā)明還提供一種工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置，該裝置包括采集電場(chǎng)強(qiáng)度的電極和報(bào)警裝置，在電極采集到高壓等級(jí)時(shí)，報(bào)警裝置工作；所述的電極包括第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極所在的直線與高壓發(fā)生點(diǎn)相交，還包括分別對(duì)第一電極和第二電極的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的第一放大器和第二放大器；分別對(duì)第一放大器和第二放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波的第一濾波器和第二濾波器；所述的第一放大器和第二放大器的放大倍數(shù)相同，所述的第一濾波器和第二濾波器具有相同的輸出帶寬；還包括分別對(duì)第一濾波器和第二濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換器和減法器、仲裁裝置，所述的減法器的輸入端接AD轉(zhuǎn)換器的輸出，對(duì)兩路放大后的第一電極和第二電極輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后相減，所述的仲裁裝置對(duì)減法器的輸出進(jìn)行判斷得到不同電壓等級(jí)，若為高等級(jí)的電壓則控制所述的報(bào)警裝置報(bào)警。

本發(fā)明的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置采用兩個(gè)電極對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行處樣然后通過對(duì)處樣信號(hào)進(jìn)行放大差分，能夠獲得非常準(zhǔn)確的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)，對(duì)檢修員工進(jìn)行安全提示，保證檢修員工的生命安全。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：所述的第一電極和第二電極平行設(shè)置在安全帽內(nèi)襯上，所述的第一電極設(shè)置在安全帽內(nèi)襯較高的位置上。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：所述的第一電極或者第二電極分別包括表面電極和相對(duì)設(shè)置的襯底電極，充滿在所述的表面電極和襯底電極之間的絕緣介質(zhì)，兩端分別與表面電極和襯底電極電連接的取樣電容。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：所述的絕緣介質(zhì)為塑料，所述的表面電極和襯底電極分別為銅箔，所述的取樣電容為低漏電的陶瓷電容。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：所述的表面電極和襯底電極形成等效電容為幾十皮法量級(jí)。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：所述的第一放大器和第二放大器的放大倍數(shù)為幾十萬倍量級(jí)。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場(chǎng)近電報(bào)警裝置：在所述的安全帽內(nèi)襯的一個(gè)圓周上均布設(shè)置有4個(gè)第一電極，在每個(gè)第一電極的下方平行設(shè)置第二電極。

以下將結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明近電報(bào)警裝置使用場(chǎng)景示意圖。

圖2是本發(fā)明的近電報(bào)警裝置電路原理圖。

圖3是本發(fā)明的近電報(bào)警裝置中所使用的電極結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的近電報(bào)警裝置中電極在安全帽襯底上分布示意圖。

圖5a和圖5b是測(cè)量到的電場(chǎng)分布圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1，本實(shí)施例是一種電網(wǎng)檢修員工佩戴的近電報(bào)警裝置，該近電報(bào)警裝置設(shè)置在檢修員工戴的安全帽內(nèi)，其原理圖如圖2所示，它采用兩個(gè)電極感應(yīng)電場(chǎng)，第一電極1和第二電極2分別通過第一處理電路和第二處理電路處理后，進(jìn)入到微處理器進(jìn)行差分處理，微處理器根據(jù)自己利用本身的計(jì)算機(jī)軟件等算法，判斷檢修員工正在接近強(qiáng)場(chǎng)，利用報(bào)警裝置如聲音報(bào)警或者光閃報(bào)警提示檢修員工正在靠近強(qiáng)電場(chǎng)注意安全保護(hù)。

本實(shí)施例中，當(dāng)高壓發(fā)生點(diǎn)存在于安全帽上方的時(shí)候，第一電極1和第二電極2分部在安全帽的上下兩層，如圖3所示。

對(duì)第一電極1和第二電極2所采集的信號(hào)進(jìn)行處理，主要是放大和濾波處理，放大的倍數(shù)在200000倍左右，而濾波則是將高頻部分濾除。

本實(shí)施例中，如圖2所示，采用的第一處理電路和第二處理電路是相同的電路，都是采用一個(gè)放大電路對(duì)采集到的電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行放大，然后進(jìn)行第二次放大，在第二次放大過程中還進(jìn)行濾波。第一電極1的輸出經(jīng)過第一放大器3放大調(diào)理后進(jìn)入第一濾波器4，濾波放大以后進(jìn)入到處理器7中，同樣，第二電極2的輸出經(jīng)過第二放大器5放大調(diào)理后進(jìn)入第二濾波器6，濾波放大以后進(jìn)入到處理器7中，在處理器中對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行處理，就可以判斷是否正在接近高電壓。本實(shí)施例中，第一放大器3和第二放大器5、第一濾波器4和第二濾波器6采用相同的電路，因此，放大倍數(shù)相同濾波帶寬也一樣，第一、二放大器均采用一個(gè)運(yùn)算放大器，而濾波器則在運(yùn)算器的輸入與輸出之間設(shè)置一個(gè)RC電路進(jìn)行濾波，如圖2所示。

本實(shí)施例中，經(jīng)過放大器和濾器處理以后的信號(hào)兩路分別進(jìn)入到處理器中，事實(shí)上在進(jìn)入到微處理器MCU中時(shí)，還進(jìn)行了AD轉(zhuǎn)換，在MCU中還進(jìn)行減法運(yùn)算和高等級(jí)電壓判斷，如果是高等級(jí)電壓則控制報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。

本實(shí)施例中，采用的靜電場(chǎng)測(cè)試方案，當(dāng)高壓發(fā)生點(diǎn)存在于安全帽上方的時(shí)候，電極分部在安全帽的上下兩層上，見圖3差分對(duì)電極分布圖，此時(shí)上下兩個(gè)電極感應(yīng)到的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，電極一般的等效電容式幾十皮法，電場(chǎng)的電荷分部在上下兩層的電容上，此時(shí)根據(jù)圖4差分對(duì)電極分布圖中兩個(gè)放大器分別是第一放大器3和第二放大器5，它們的放大倍數(shù)在200000倍，將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，同時(shí)通過第一濾波器4和第二濾波器6對(duì)電信號(hào)中的高頻成分進(jìn)行濾除，此時(shí)電壓大小約為幾百毫伏，接入MCU控制器中的AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)進(jìn)行處理，此時(shí)MCU控制器，對(duì)上下兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行減法處理，得出差分的結(jié)果。MCU控制器對(duì)這個(gè)結(jié)果進(jìn)行仲裁，通過查表的方式提取特征模型，進(jìn)行匹配判斷當(dāng)前的電壓是多少電壓等級(jí)，圖5不同電壓等級(jí)下電場(chǎng)分布圖，這個(gè)電壓等級(jí)判斷是根據(jù)多樣本采集確定出來不同電壓等級(jí)的電場(chǎng)梯度分布圖。

如圖3所示，是本實(shí)施例所采用的用于壓電場(chǎng)強(qiáng)度的電極結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中的第一電極1和第二電極2采用結(jié)構(gòu)一致的電極，如圖3所示，電極包括表面電極11，絕緣介質(zhì)12，取樣電容13和襯底電極14。其中表面電極11和襯底電極14的材料選擇銅箔作為導(dǎo)電采集材料，絕緣介質(zhì)12采用塑料作為絕緣材料，取樣電容13中采用低漏電的陶瓷電容作為取樣材料。

如圖4所示，是將電極安裝到安全帽襯底8上示意圖，第一電極1安裝在襯底8的高一側(cè)，稱為高側(cè)電極，第二電極2與第一電極1平行安裝在第一電極1的下面稱為低側(cè)電極，高側(cè)電極和低側(cè)電極安裝在內(nèi)襯8上邊，同樣的結(jié)構(gòu)分部在內(nèi)襯前后左右四個(gè)面上，高側(cè)電極和低側(cè)電極分別組成差分對(duì)。

本實(shí)施例中，采用差分電極的方式檢測(cè)近場(chǎng)電場(chǎng)，具有較高的精度，如圖5a圖5b所示為一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，電極采用分層的布設(shè)在載體的四個(gè)方向，當(dāng)將配有電極的載體置于110kV的電場(chǎng)環(huán)境中，測(cè)量到的電場(chǎng)分布圖如圖5a圖5b所示，其中橫坐標(biāo)表示配有電極的載體與電場(chǎng)源間的距離(單位：米)，縱坐標(biāo)表示配有電極載體在該距離上的電場(chǎng)強(qiáng)度(單位：V/m)，黑色部分表示距離電場(chǎng)發(fā)生源某處的電極感應(yīng)出來的電場(chǎng)強(qiáng)度，無色的部分為上下兩個(gè)電極的差分?jǐn)?shù)值，從圖中可以看出，110kV和220kV電場(chǎng)分布對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在不同電壓等級(jí)下，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度相同，距離不同，此時(shí)表現(xiàn)出不同的梯度，可以通過梯度進(jìn)行識(shí)別，用來區(qū)分是110kV還是220kV。反之，當(dāng)電場(chǎng)梯度相同，可以通過電場(chǎng)強(qiáng)度來進(jìn)行判斷。