變電站作為電網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)生產(chǎn)運行的高危工作區(qū)域,其作業(yè)安全管理尤其重要。為了提高變電站的安全管理水平，管理部門除制定了一系列規(guī)程、制度外，還為變電站配置了綜合自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、電氣設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)等等，以上技術(shù)設(shè)施大大提高了變電站的自動化水平，為變電站的作業(yè)安全管理提供了一定的技術(shù)支撐。

但是，上述系統(tǒng)的配置主要根據(jù)電氣量和化學(xué)量的變化和異常來判斷電網(wǎng)的狀態(tài)，既不能對變電站全覆蓋，也不能實時定位及時預(yù)警和報警，往往只能在事故進(jìn)行中或者發(fā)生后為事故原因分析提供數(shù)據(jù)記錄分析的手段，無法對危險因素進(jìn)行事先防范與預(yù)警，變電站現(xiàn)場的人身與設(shè)備安全因人員違章、現(xiàn)場作業(yè)混亂、現(xiàn)場管理不到位、不按規(guī)程巡視等人為因素的影響一直無法得到技術(shù)上的保障，致使某些基于人為因素的安全隱患無法避免。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，變電站現(xiàn)場的安全事故中大約有三分之一是因為值班人員或作業(yè)人員未認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備巡視規(guī)程、未認(rèn)真執(zhí)行安全操作與管理規(guī)程、超區(qū)域作業(yè)、現(xiàn)場監(jiān)護(hù)查勘不到位等人為因素所造成的。

基于人為因素的變電站安全隱患主要表現(xiàn)在：

（1）變電站現(xiàn)場巡視不到位。

變電站現(xiàn)場巡視及設(shè)備巡視是變電站運行管理工作的一個重要組成部分，它是檢查設(shè)備運行狀況、掌握設(shè)備運行參數(shù)、了解設(shè)備運行環(huán)境、確保電網(wǎng)安全運行必不可少的基礎(chǔ)工作。但少數(shù)人員認(rèn)為現(xiàn)在的自動化程度非常高而過分地依賴于監(jiān)控系統(tǒng)，造成巡視不到位或正常巡視次數(shù)無法保證。

由于變電站的一些異常情況無法用電氣量監(jiān)測和用電信號傳到監(jiān)控系統(tǒng)，如地基下陷、瓷瓶裂紋、螺絲松動、金具銹蝕、變壓器或開關(guān)漏油、全密封設(shè)備漏氣等，如果思想松懈、忽視巡視的重要性、或者巡視不到位等，便無法及時發(fā)現(xiàn)這些缺陷，為設(shè)備的安全正常運行埋下隱患；

（2）對進(jìn)入工作區(qū)域的人員監(jiān)護(hù)監(jiān)控不力。

值班及作業(yè)人員進(jìn)入變電站區(qū)域后，監(jiān)控中心無法實時跟蹤工作人員的當(dāng)前狀態(tài)，特別是人員當(dāng)前位置、移動路線、移動趨勢、停留時間等無法定量監(jiān)控，對巡視不到位的現(xiàn)象無法及時提醒和糾正，對作業(yè)人員靠近或誤入危險區(qū)域時也無法及時發(fā)現(xiàn)和提醒制止，對監(jiān)護(hù)缺位的現(xiàn)象無法監(jiān)督管理，極易發(fā)生安全事故；

（3）誤入危險區(qū)域。

變電站的檢修、試驗、操作、正常和特殊巡視等作業(yè)內(nèi)容要求作業(yè)人員時常進(jìn)入變電站內(nèi)的劃定區(qū)域和既定目標(biāo)并實施作業(yè)，受業(yè)務(wù)技能、精神狀態(tài)、外部環(huán)境等因素的影響，作業(yè)人員可能會靠近或誤入某些危險區(qū)域、誤碰某些帶電設(shè)備、或者操作本不該操作的設(shè)備，從而造成人身事故、設(shè)備事故、或生產(chǎn)運行事故。還有其它一些危險現(xiàn)象不再一一列舉。

1 基于無線定位技術(shù)的新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)構(gòu)成與特點

基于當(dāng)前先進(jìn)的通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、定位技術(shù)和軟件技術(shù)，通過對進(jìn)入變電站區(qū)域的人員或移動物體進(jìn)行實時定位，新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)能夠徹底解決上述問題，有效消除生產(chǎn)運行和檢修維護(hù)過程中的安全隱患。

新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)利用先進(jìn)的技術(shù)平臺，能夠?qū)ψ冸娬粳F(xiàn)場工作人員和外來參觀人員做到事先劃定作業(yè)區(qū)域，實時監(jiān)控記錄活動情況，分析活動規(guī)律和趨勢，遇有危險活動及時預(yù)警，事后統(tǒng)計分析，在防范安全事故發(fā)生的同時，大幅度提高整個變電站及電力公司的工作效率和管理水平。

新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)精確定位，將定位信息在變電站平面圖上進(jìn)行實時顯示，不同的工作組通過不同顏色的點進(jìn)行標(biāo)示，便于區(qū)分觀察。工作人員的工作路線都將記錄在數(shù)據(jù)庫中，并且實現(xiàn)路線動態(tài)回放，便于日后查詢工作人員的工作情況。

系統(tǒng)后臺監(jiān)控軟件界面精美、專業(yè)，操作方便、快捷。變電站地理信息系統(tǒng)建模形象、逼真、直觀，界面美觀，方便使用。后臺系統(tǒng)實時展示移動目標(biāo)當(dāng)前位置，并在變電站地理位置圖上標(biāo)示，跟蹤目標(biāo)移動軌跡。

該系統(tǒng)由四部分組成：

（1）基于寬帶無線射頻定位技術(shù)CSS的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

以往基于場強(qiáng)信號和信號質(zhì)量技術(shù)來定位的RFID、WIFI、ZIGBEE等傳統(tǒng)定位技術(shù)的精度不能令人滿意，有的則價格太高不適合變電站現(xiàn)場應(yīng)用。而應(yīng)用CSS技術(shù)，通過信號到達(dá)時間測距和測角度，采用到達(dá)時間差（TDOA）進(jìn)行定位，可以實現(xiàn)最優(yōu)性價比的高精度定位。

（2）基于波形探測感應(yīng)技術(shù)的檢測報警設(shè)備。

采用波形探測感應(yīng)技術(shù)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對變電站高壓帶電區(qū)域進(jìn)行移動物體的探測，當(dāng)探測到危險區(qū)域或禁入?yún)^(qū)域內(nèi)有移動物體闖入時，發(fā)出聲光報警，并關(guān)聯(lián)視頻系統(tǒng)，自動切換攝像鏡頭畫面定位到報警區(qū)域并記錄存儲，使實時記錄圖像與實時監(jiān)控數(shù)據(jù)相匹配。這樣，就可以有效杜絕一般工作人員或外來人員誤闖危險帶電區(qū)域、造成停電或人員傷亡事故的現(xiàn)象。

（3）與傳感網(wǎng)絡(luò)、檢測設(shè)備協(xié)同互動的高分辨率、可動態(tài)調(diào)節(jié)跟蹤的視頻設(shè)備。

采用高分辨率、高靈敏度、可動態(tài)調(diào)節(jié)跟蹤人員活動的視頻設(shè)備，一旦人員進(jìn)入劃定區(qū)域即啟動跟蹤、記錄、顯示等功能，如果檢測到未按規(guī)定時間或路線進(jìn)行巡視、接近邊界或越界等危險行為均發(fā)出警告并記錄存儲，同時上傳至上級系統(tǒng)，直至人員活動結(jié)束。

（4）后臺計算機(jī)管理系統(tǒng)。

提供變電站區(qū)域劃分及設(shè)置、工作模式編輯及設(shè)置、電子標(biāo)簽管理、動態(tài)數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)記錄、計算統(tǒng)計、行為分析、預(yù)警報警、聯(lián)動控制、畫面報表、顯示打印、數(shù)據(jù)通信等軟件功能和人機(jī)界面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

新型變電站安全作業(yè)管理系統(tǒng)結(jié)合了寬帶無線射頻定位、安全檢測與預(yù)警報警、視頻同步記錄監(jiān)視、及智能電網(wǎng)領(lǐng)域的最新科技成果，具有傳統(tǒng)安全作業(yè)管理無法比擬的優(yōu)勢。

其主要特點如下：

（1）人員及移動物體的實時定位與監(jiān)控。

能夠?qū)崟r監(jiān)控指定區(qū)域的人員、移動物體的位置信息，對人員的位置、行進(jìn)路線、目標(biāo)距離、移動速度、停留時間、停留地點、到達(dá)次數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控與記錄統(tǒng)計分析，獲取人員或移動物體的移動趨勢和活動規(guī)律，并及時通知監(jiān)控中心；

（2）實時探測。

能夠?qū)崟r對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)移動物體通過定位數(shù)據(jù)、視頻圖像進(jìn)行探測，一旦檢測到移動物體靠近或闖入危險區(qū)域，立即發(fā)出聲光振動報警并主動上報，同時自動與視頻系統(tǒng)聯(lián)動；

（3）高定位精度。采用TDOA技術(shù)定位、精度更精確更穩(wěn)定；

（4）全程視頻圖像跟蹤監(jiān)視。自移動目標(biāo)一進(jìn)入預(yù)設(shè)區(qū)域起即自動啟動視頻圖像全程跟蹤、監(jiān)視、預(yù)警、報警、上傳、記錄存儲、統(tǒng)計分析，直至移動目標(biāo)離開該區(qū)域；

（5）定位穩(wěn)定。采用到達(dá)時間測距技術(shù)，不受無線信號強(qiáng)度值變化的影響；

（6）良好的抗多路徑效應(yīng)。采用寬帶脈沖定位，系統(tǒng)具有較好的抗多路徑和多普勒效應(yīng)；

（7）組網(wǎng)靈活。系統(tǒng)支持有線無線組網(wǎng)，具有靈活的部署方式；

（8）節(jié)能設(shè)計。電子標(biāo)簽內(nèi)置高靈敏度振動傳感器，可設(shè)置靜止?fàn)顟B(tài)休眠，大大提高了標(biāo)簽的電池壽命；

（9）強(qiáng)大的作業(yè)安全管理功能。根據(jù)客戶的需求，生成并存儲各種數(shù)據(jù)、報表，分析動態(tài)目標(biāo)的活動趨勢和活動規(guī)律，為變電站安全管理提供數(shù)字化的依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)的工作模式

基于無線定位技術(shù)的新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)具有現(xiàn)場需要的多種工作模式，如巡視模式、參觀模式、檢修模式、操作模式和探測模式等，不同模式下的監(jiān)控側(cè)重點有所不同。

巡視模式：主要對工作人員是否按規(guī)定時間、規(guī)定路線、規(guī)定位置巡視進(jìn)行監(jiān)控；

參觀模式：主要對外來參觀考察人員的行進(jìn)路線、參觀時間、參觀區(qū)域、停留時間等進(jìn)行監(jiān)控，防止進(jìn)入危險區(qū)域或出現(xiàn)意外；

檢修模式：按檢修內(nèi)容設(shè)定檢修人數(shù)、檢修工作區(qū)域、危險區(qū)域、檢修工作時間等，防止非檢修人員混入、誤入非工作區(qū)域、超出工作時間等；

操作模式：按操作內(nèi)容設(shè)定操作人數(shù)、操作工作區(qū)域、危險區(qū)域、操作工作時間等，防止監(jiān)護(hù)人員不到位、誤入非操作區(qū)域、超出操作時間等；

探測模式：對進(jìn)入變電站區(qū)域內(nèi)的其它動態(tài)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，包括車輛、施工機(jī)械與設(shè)備等。由于車輛體積大、行進(jìn)速度快，對其監(jiān)控的實時性要求更高。同時，車輛進(jìn)入變電站后，也需要隨時監(jiān)控車輛的當(dāng)前位置，確保其行駛、停放在安全區(qū)域。

同時，也可以根據(jù)新的運行管理模式需求，擴(kuò)充新的工作模式。

3 主要工作流程與應(yīng)用情況

通過基于無線定位技術(shù)的新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)在多個110KV、220KV、500KV變電站中兩年多的應(yīng)用實踐，證明該系統(tǒng)能夠有效避免變電站設(shè)備巡視和操作中的人為安全隱患。

現(xiàn)以某500KV變電站為例，簡要說明新型變電站作業(yè)安全管控的工作流程與應(yīng)用情況。

該變電站位于某直轄市東郊區(qū)，共建設(shè)有4臺1500MVA變壓器；500KV出線10回；220KV出線14回；每臺主變低壓側(cè)配置4組60Mvar低壓并聯(lián)電容器，未配置并聯(lián)低壓電抗器和高壓電抗器。站址區(qū)總占地面積70700m2，圍墻內(nèi)占地面積45500m2。該變電站建于90年代初，部分設(shè)備存在老化、過載現(xiàn)象。

主要工作流程是：

首先在后臺監(jiān)控計算機(jī)上對需要對變電站值班人員和進(jìn)入變電站的其他工作人員進(jìn)行身份注冊，驗證信息后設(shè)定他要領(lǐng)取的移動終端的編號，并根據(jù)工作人員需要執(zhí)行的操作設(shè)定對應(yīng)的工作路線、工作時間、工作區(qū)域、危險區(qū)域等；

然后工作人員領(lǐng)取編號正確的移動終端并正確佩戴；工作人員進(jìn)入變電站后通過寬頻無線定位網(wǎng)絡(luò)，將定位數(shù)據(jù)傳遞給前置機(jī)，前置機(jī)按照定位算法通過計算確定工作人員的當(dāng)前位置，一方面根據(jù)已設(shè)定的危險間隔判斷當(dāng)前位置是否合法，不合法則向工作人員發(fā)送相應(yīng)的報警信息；

另一方面將工作人員的當(dāng)前位置信息發(fā)送給后臺監(jiān)控系統(tǒng)，在變電站平面圖上將工作人員的位置坐標(biāo)顯示出來，便于后臺監(jiān)控人員的觀察。同時，變電站內(nèi)工作人員的行進(jìn)路線等信息將保存在數(shù)據(jù)庫中，日后可以通過動態(tài)方式重新查看其工作路線，實現(xiàn)了對變電站工作人員的有效監(jiān)督。

在進(jìn)入預(yù)設(shè)區(qū)域的同時，自動啟動視頻圖像設(shè)備，并自動跟蹤監(jiān)視移動目標(biāo)在區(qū)域內(nèi)活動的全過程，一旦發(fā)現(xiàn)偏離預(yù)設(shè)區(qū)域、接近危險區(qū)域、未到達(dá)預(yù)設(shè)位置、停留時間過短或超時等問題及時發(fā)出預(yù)警或報警信號，同時記錄存儲下來全部視頻圖像，上傳至上級部門，并生成一系列有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)工作在2.4GHz ISM頻段，定位帶寬≥80MHz，定位精度為60cm～120cm，定位區(qū)域為單區(qū)域覆蓋范圍5～60m2，并可實現(xiàn)多區(qū)域無縫組網(wǎng)方式進(jìn)行擴(kuò)展，采用TDOA測量機(jī)制，在1200平方米的區(qū)域內(nèi)可容納200個以上的標(biāo)簽。

由于以前在作業(yè)安全管控方面沒有完善的技術(shù)手段支撐，完全靠人工管理，致使安全事故時有發(fā)生。2000年初，安裝了新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)，包括1套后臺主機(jī)、2臺前置處理機(jī)、4臺位置引擎服務(wù)器、16個定位基站、56個定位終端，監(jiān)控面積覆蓋全部站內(nèi)區(qū)域。之后，情況有了很大的改善，兩年多來從未發(fā)生過人為原因引起的安全事故。

選擇幾項主要內(nèi)容的對照表如表1所示。

表1

從表1數(shù)據(jù)可以看出：配置新型變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)后，引起安全事故的各種人為安全隱患因素大幅度降低，明顯提升了變電站作業(yè)和設(shè)備的安全運行水平。

4 結(jié)束語

電網(wǎng)在發(fā)展，需求在提高，技術(shù)在前進(jìn)。將無線定位技術(shù)應(yīng)用于變電站的作業(yè)安全管理，用技術(shù)手段替代人工管理，對于變電站的安全運行具有開創(chuàng)性的意義。應(yīng)用實踐證明，基于無線定位技術(shù)的變電站作業(yè)安全管理系統(tǒng)能夠消除人為因素造成的安全隱患，為變電站安全提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。相信隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的加速，無線定位技術(shù)將在變電站作業(yè)安全管理中發(fā)揮更大的作用。

以上編自《電氣技術(shù)》雜志，作者為谷月雁、司剛 等。