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檢測方法及基于該檢測方法的工人在進(jìn)行電力施工近場作業(yè)時的近電報警裝置以防止不安全行為發(fā)生。

背景技術(shù)：

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

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

如圖1所示，檢修工人需要對圖中停電間隔進(jìn)行檢修，作業(yè)人員佩戴有近電報警裝置，在接到通知后來到現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)工作強(qiáng)度比較大的時候，由于疲勞往往會誤入帶電間隔進(jìn)行作業(yè)，此時，近電報警裝置馬上就能檢測出該間隔內(nèi)是否是高壓電存在，避免因?yàn)閱坞姌O跳變造成的誤報警。

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

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

第三步：當(dāng)檢修人員靠近帶電間隔，近電報警裝置出現(xiàn)報警，同時通過語音告知其周圍存在高壓電場請小心，并同時說明高壓電場存在的方位在哪個方位，檢修人員意識到自己的失誤退出危險區(qū)間，脫離危險。

目前市面現(xiàn)有的近電報警裝置，如腕式報警器，是一種類似于手表的裝置佩戴在檢修人員的手腕部位，這種近電報警裝置采用一個單極電極檢測工頻電場強(qiáng)度的方法，該方法只能進(jìn)行定性的報警，并且報警的準(zhǔn)確性不高，經(jīng)常出現(xiàn)誤報，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)行電場監(jiān)測。

另外，現(xiàn)在普遍使用的近電報警器裝置無法對變電站特征電壓等級進(jìn)行，無法對周圍存在的工頻電場有一個準(zhǔn)確的識別，誤報現(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檢測方法及近電報警裝置，該方法采用兩個單極電極同時進(jìn)行檢測并對兩個電極檢測的結(jié)果進(jìn)行差分運(yùn)算然后得出是否在工頻電場中，該裝置是一種基于該方法的近電報警裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種工頻電場檢測方法，采用電極進(jìn)行電場強(qiáng)場采樣，然后測量采用電極的電壓從而獲得對應(yīng)的工頻電壓；本方法中采用兩個電極，兩個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；

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

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

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

步驟5、對兩路數(shù)字信號進(jìn)行減法運(yùn)算獲得差分結(jié)果；

步驟6、對步驟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。

本發(fā)明的工頻電場檢測方法采用兩個電極對電場進(jìn)行處樣然后通過對處樣信號進(jìn)行放大差分，能夠獲得非常準(zhǔn)確的工頻電場強(qiáng)度信號。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場檢測方法中：步驟2中放大倍數(shù)十萬倍量級。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的電場梯度分布圖。

本發(fā)明還提供一種工頻電場近電報警裝置，該裝置包括采集電場強(qiáng)度的電極和報警裝置，在電極采集到高壓等級時，報警裝置工作；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，還包括分別對第一電極和第二電極的輸出信號進(jìn)行放大的第一放大器和第二放大器；分別對第一放大器和第二放大器的輸出信號進(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；還包括分別對第一濾波器和第二濾波器的輸出信號進(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，對兩路放大后的第一電極和第二電極輸出信號進(jìn)行數(shù)字化后相減，所述的仲裁裝置對減法器的輸出進(jìn)行判斷得到不同電壓等級，若為高等級的電壓則控制所述的報警裝置報警。

本發(fā)明的工頻電場近電報警裝置采用兩個電極對電場進(jìn)行處樣然后通過對處樣信號進(jìn)行放大差分，能夠獲得非常準(zhǔn)確的工頻電場強(qiáng)度信號，對檢修員工進(jìn)行安全提示，保證檢修員工的生命安全。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場近電報警裝置：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，上述的工頻電場近電報警裝置：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，上述的工頻電場近電報警裝置：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，上述的工頻電場近電報警裝置：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。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場近電報警裝置：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。

進(jìn)一步的，上述的工頻電場近電報警裝置：在所述的安全帽內(nèi)襯的一個圓周上均布設(shè)置有4個第一電極，在每個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)明近電報警裝置使用場景示意圖。

圖2是本發(fā)明的近電報警裝置電路原理圖。

圖3是本發(fā)明的近電報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是測量到的電場分布圖。

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警裝置，該近電報警裝置設(shè)置在檢修員工戴的安全帽內(nèi)，其原理圖如圖2所示，它采用兩個電極感應(yīng)電場，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)自己利用本身的計算機(jī)軟件等算法，判斷檢修員工正在接近強(qiáng)場，利用報警裝置如聲音報警或者光閃報警提示檢修員工正在靠近強(qiáng)電場注意安全保護(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。

對第一電極1和第二電極2所采集的信號進(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，都是采用一個放大電路對采集到的電場信號進(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，在處理器中對兩路信號進(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，還進(jìn)行了AD轉(zhuǎn)換，在MCU中還進(jìn)行減法運(yùn)算和高等級電壓判斷，如果是高等級電壓則控制報警器發(fā)出報警。

本實(shí)施例中，采用的靜電場測試方案，當(dāng)高壓發(fā)生點(diǎn)存在于安全帽上方的時候，電極分部在安全帽的上下兩層上，見圖3差分對電極分布圖，此時上下兩個電極感應(yīng)到的電場強(qiáng)度不同，電極一般的等效電容式幾十皮法，電場的電荷分部在上下兩層的電容上，此時根據(jù)圖4差分對電極分布圖中兩個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，將微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時通過第一濾波器4和第二濾波器6對電信號中的高頻成分進(jìn)行濾除，此時電壓大小約為幾百毫伏，接入MCU控制器中的AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號進(jìn)行處理，此時MCU控制器，對上下兩個信號進(jìn)行減法處理，得出差分的結(jié)果。MCU控制器對這個結(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，圖5不同電壓等級下電場分布圖，這個電壓等級判斷是根據(jù)多樣本采集確定出來不同電壓等級的電場梯度分布圖。

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)襯前后左右四個面上，高側(cè)電極和低側(cè)電極分別組成差分對。

本實(shí)施例中，采用差分電極的方式檢測近場電場，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)在載體的四個方向，當(dāng)將配有電極的載體置于110kV的電場環(huán)境中，測量到的電場分布圖如圖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強(qiáng)度(單位：V/m)，黑色部分表示距離電場發(fā)生源某處的電極感應(yīng)出來的電場強(qiáng)度，無色的部分為上下兩個電極的差分?jǐn)?shù)值，從圖中可以看出，110kV和220kV電場分布對比發(fā)現(xiàn)，在不同電壓等級下，當(dāng)電場強(qiáng)度相同，距離不同，此時表現(xiàn)出不同的梯度，可以通過梯度進(jìn)行識別，用來區(qū)分是110kV還是220kV。反之，當(dāng)電場梯度相同，可以通過電場強(qiáng)度來進(jìn)行判斷。