一種近電報警裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工頻強電感應測量技術和高壓工程安全生產領域，尤其涉及一種近電 報警裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 多年來，因觸電事故造成人員重傷或死亡的數字非常驚人，已成為影響社會和諧 和家庭幸福的一大殺手。據近年來的事故統計分析發現，觸電死亡人數占其全部死亡人數 的6.54%。我國約每用電1.5億kWh就發生觸電死亡1人，而實際上工業用電尤其是城市郊 區、縣城及以下企業多以架空線路供電，更易發生人身觸電傷亡事故。按照觸電事故發生的 原因劃分，誤碰帶電設備造成傷亡人數最多，占到了傷亡總人數的36%，事故對社會和諧造 成巨大沖擊，每個觸電死亡人員基本上都屬于不同的家庭，也就是說，每年都有成千上萬個 家庭必須承受失去親人的巨大痛苦，同時在觸電傷亡事故中，大約有60%形成法律糾紛，給 發供電企業帶來巨大的經濟損失和輿論負面影響。尤其對于長期工作在變電站、發電廠、輸 配電線路等場所的電力企業或施工企業一線職工而言，高壓觸電威脅性更大，其觸電主要 有兩種:一種是強電磁場環境中的感應電觸電，這種情況下作業人員輕者造成麻痛，重者造 成傷亡。另一種是直接誤觸高壓帶電設備觸電，這種情況下一定會造成作業人員重傷或死 亡。以往人們對于感應電觸電的防護采取的主要措施是通過穿絕緣手套和絕緣鞋的方法防 止觸電，由于感應電電壓往往很高，超過普通絕緣手套和絕緣鞋的耐壓水平，起不到絕緣效 果，而絕緣水平高的手套和鞋，因為太笨拙穿著時無法工作，所以目前對感應電的防護還沒 有好的辦法，導致一線員工在作業過程中經常被感應電傷害。對于現場工作的一線員工誤 走帶電間隔和帶電線路造成的直接觸電事故的防護，傳統的防護方法只是通過加強管理的 手段來避免，技術上沒有任何措施，一旦發生觸電，肯定要造成觸電人員的傷亡。
[0003] 與此同時，目前在供電系統大多高壓設備試驗中采用不拆頭試驗方法，大大減輕 了檢修工作量，但高壓試驗需進行試驗接線，由于工作現場設備高綁梯困難，有時斗車無法 開進現場，絕緣桿由于伸縮自如、重量適中、維護方便在試驗現場得到了廣泛應用。但是在 使用絕緣桿近電操作時，操作者常因操作距離高、絕緣桿長，造成絕緣桿倒桿碰到相鄰帶電 設備，或使被試設備與母線的安全距離，造成工作人員觸電事故發生。2012年某變電站試驗 工作中，由于試驗人員在拆除試驗絕緣桿時站立不穩，絕緣桿失衡倒向臨近帶電設備，造成 試驗人員被試驗線引出的電弧灼傷。因此有必要在對絕緣桿的使用進行規范的同時依靠技 術力量對危險加以告警和預防。研究高效、穩定的近電預警系統將有效遏制安全事故的發 生。
[0004] 目前，就解決高壓觸電問題所采用的措施，基本停留在加強宣傳力度和借用過流 保護裝置完成漏電保護兩種手段之上，但在實際生產生活中，時刻高度緊張地嚴防觸電基 本無法做到，特別是高電磁環境中的感應觸電更是難以預防。同時過流保護裝置的動作與 實際電力系統運行狀態、運行方式以及計算動作整定值有著密切關聯，很難制定合適不同 狀況的人身和設備安全運行的工作電流閾值。由此，在技術上減少和解決電力系統中的高 壓觸電所造成的人身傷亡和設備安全問題已是迫在眉睫。
【發明內容】
[0005] 有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明提出一種有效可靠的近電報警裝置及其方 法，能夠在高壓和強電磁環境中檢測電磁感應，并能夠通過聲音告警信號告知附近是否存 在高壓帶電物體或存在強電磁場，迅速、安全、可靠的提醒當事人注意警戒或迅速撤離危險 境況，有效保障人身和設備安全問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案實現：
[0007] 一種近電報警裝置，包括電磁場傳感器、信號處理電路、處理器以及電源;所述電 磁場傳感器用于在電場中隨變化的電場感生出變化的電流信號，將交變的電場感應為相應 的感生電流;所述信號處理電路用于對所述感生電流進行處理，供所述處理器使用;所述處 理器根據處理后的感生電流計算出相應的電場強度信號和距場源的距離;所述電源為所述 近電報警裝置供電。
[0008] 進一步地，所述處理器對處理后的感生電流進行采樣、頻域分析及處理，計算出相 應的電場強度信號和距場源的距離。
[0009] 進一步地，所述信號處理電路包括感生電流拾取模塊，所述感生電流拾取模塊用 于將所述電磁場傳感器感應的感生電流進行取樣，轉化為隨電場強度變化而變化的電壓信 號。
[0010]進一步地，所述信號處理電路還包括高倍儀用放大模塊，所述高倍儀用放大模塊 用于對所述電壓信號進行放大至能夠供處理器采樣。
[0011] 進一步地，所述信號處理電路還包括工頻檢波濾波模塊，所述工頻檢波濾波模塊 用于濾除放大后的電壓信號中反映其它頻率的電磁波成分。
[0012] 進一步地，所述信號處理電路還包括信號調理模塊，所述信號調理模塊用于將檢 波濾波后的信號進一步處理為處理器采樣所需的電壓輸入范圍內。
[0013] 進一步地，還包括下列模塊的一種或幾種:顯示模塊、聲光報警模塊、按鍵模塊、近 電報警距離調節按鍵;所述近電報警距離調節按鍵用于設置近電報警距離，控制報警距離 靈敏度。
[0014] 進一步地，所述電磁場傳感器為10mm*10mm*0.2mm的薄銅片。
[0015]進一步地，所述高倍儀用放大模塊包括由J4端子和47uF電容組成的LC調諧電路、 由運放U4A、運放U4B組成的前級放大級和由運放U5B構成的差分放大級;所述運放U4A、U4B、 U5B組成通用數據放大器，每個運放都接成比例運算電路形式;所述感生電壓輸入至運放所 述運放U4A和U4B，構成差分輸入，并將所述感生電壓加至電阻R13上，經連接U4A和U4B的電 阻R15和R16進行放大，至U4A和U4B輸出差分值，完成前級放大，前級放大倍數為(R15+R16+ R13) /R13; U4A和U4B將感生電壓放大后輸入至運放U5B進行后級放大后由U5B輸出。
[0016] 本發明還公開了一種近電報警方法，采用電磁場傳感器將帶電體周圍產生的工頻 電磁場感生出感生電流;對所述感生電流進行撿拾、放大、檢波、濾波后，由處理器進行采 樣，并分析計算出相應的電場強度信號和距場源的距離。
[0017] 進一步地，所述電磁場傳感器為的薄銅片，將所述薄銅片沿電力 線經線方向放置在緩慢變化的工頻電場中；所述薄銅片將分別在近電力線和遠電力線的兩 側10mm*0.2mm的面積上受電場影響分別分布變化的正負電荷，電荷數量隨時間進行工頻變 化，電荷密度分別為〇(t)和-〇(t)，其中〇(t)可按下式進行計算：
[0018] o(t) = eE(t)
[0019] 因此產生的感生電流為：
[0020] i(t)=2〇(t)=2eE(t)。
[0021 ]進一步地，工頻環境下麥克斯韋方程組可以寫成相量形式：
[0023] 式中，以相量形式表征的各場量和源量均僅為空間坐標的函數，其模值為相應正 弦量的有效值；
[0024] 通過解此方程組，可得電力線路附近電場強度水平和垂直分量的近似計算公式：
[0027]式中，y為電力線對地投影到觀測點的距離，I為電力線中的交變電流，h為電力線 平均架設高度，z為觀測點高度，《 0為大地的視在電導率，燦= 4llX1(r7H/m，w為 ， 角頻率，Y i為大地傳播常數，u為特征參數，JQ〇為第1類〇階貝塞爾函數。
[0028]本發明的有益效果：
[0029] 1、能夠在高壓和強電磁環境中檢測電磁感應，并能夠通過聲音告警信號告知附近 是否存在高壓帶電物體或存在強電磁場，迅速、安全、可靠的提醒當事人注意警戒或迅速撤 離危險境況，有效保障人身和設備安全問題。
[0030] 2、采用一薄金屬感應銅片作為電磁場傳感器的關鍵器件，材料獲取加工及其容 易，幾乎零成本，使用方便簡單。
[0031] 3、采用處理器及前向通道中的信號處理電路中的運算放大器、電阻、電容等器件 均為電子材料市場中最常見器件和器材，既能夠實現電磁場感應的微小電流的撿拾、放大 和獲取，又能使裝置制作生產選材方便，制作容易，裝置功耗低、結構簡單，探測靈敏度高。
[0032] 4、突破傳統的電場測量裝置的使用，直接采用簡單常見的元器件和材料進行加工 和實現，使得裝置體積小、重量輕、價格低廉，更易于廣泛使用和普及。
[0033] 以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以 充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發明近電報警裝置的電路結構框圖。
[0035] 圖2是本發明近電報警裝置中高倍儀用放大模塊的電路圖。
[0036] 圖3是本發明近電報警