魏夢(mèng)颯，陸增潔，柴 俊，姜文斌

(1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201602；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 201900)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的不斷壯大，需要維護(hù)和管理的設(shè)備數(shù)量逐漸增多且種類繁雜，從而導(dǎo)致檢修試驗(yàn)工作量不斷加大[1]。為保障大量檢修試驗(yàn)工作能正常完成的同時(shí)實(shí)現(xiàn)零事故率，在許可工作中許可人安全措施的布置顯得尤為重要。

2013年超高壓同濟(jì)站“10·19”事故中，工作人員在主變帶電運(yùn)行、進(jìn)線開關(guān)變壓器側(cè)靜觸頭帶電的情況下，違規(guī)打開進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)母線簾門擋板，造成觸電身亡的惡性事故發(fā)生，而其原因正是隔離帶電部分的簾門未被鎖住?，F(xiàn)根據(jù)國(guó)網(wǎng)要求，許可人在布置安全措施時(shí)須采用強(qiáng)閉鎖的方式阻止門簾的開啟，以確保工作人員不會(huì)誤開啟簾門觸碰帶電部位。已有文獻(xiàn)對(duì)配電線路轉(zhuǎn)角桿中相引線、低壓開關(guān)、帶電更換開關(guān)橫擔(dān)上避雷器、手車式高壓開關(guān)柜等處應(yīng)用到的絕緣擋板進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究[2-6]，但尚未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)開關(guān)柜許可用絕緣擋板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在研究中均未將指紋識(shí)別和機(jī)械器引入絕緣擋板中。

本文設(shè)計(jì)一種基于指紋識(shí)別的10 kV開關(guān)柜許可用智能絕緣擋板。指紋識(shí)別功能可確保絕緣擋板解鎖的唯一性，以保證工作全程中安全措施的牢固性和可靠性。

1 智能絕緣擋板的工作原理

基于指紋識(shí)別技術(shù)的智能絕緣擋板設(shè)計(jì)圖如圖1和圖2所示。許可開始前，智能絕緣擋板狀態(tài)如圖1所示。

圖1 許可開始前狀態(tài)

圖2 許可工作時(shí)狀態(tài)

此時(shí)絕緣擋板臂處于收縮狀態(tài)，體積小、攜帶方便，也便于許可人將智能絕緣擋板放入待許可的開關(guān)倉(cāng)內(nèi)。當(dāng)許可人開始許可時(shí)，先錄入自己的指紋，隨后按擋板“開啟”按鈕，啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)左側(cè)的推桿向上移動(dòng)。

當(dāng)左側(cè)的推桿從圖1位置到達(dá)圖2位置2時(shí)，推桿推動(dòng)擋板上壁從圖1位置到達(dá)圖2位置，與此同時(shí)，行程齒輪1帶動(dòng)中心齒輪。

許可開始時(shí)絕緣擋板工作流程如圖3所示。許可結(jié)束時(shí)絕緣擋板工作流程如圖4所示。

圖3 許可開始時(shí)絕緣擋板工作流程

圖4 許可結(jié)束時(shí)絕緣擋板工作流程圖

2 智能絕緣擋板控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

智能絕緣擋板控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。智能絕緣擋板軟件設(shè)計(jì)算法主要包括指紋識(shí)別算法和電機(jī)控制算法。

圖5 智能絕緣擋板控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.1 指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

指紋識(shí)別系統(tǒng)主要由指紋圖像的采集、指紋圖像的預(yù)處理、指紋特征點(diǎn)的匹配等組成，指紋識(shí)別算法的軟件流程設(shè)計(jì)如圖6和圖7所示。

圖6 許可開始時(shí)流程圖

圖7 許可結(jié)束時(shí)流程圖

完整的指紋識(shí)別系統(tǒng)由建立指紋模板數(shù)據(jù)庫(kù)和指紋識(shí)別兩個(gè)處理過(guò)程構(gòu)成。建立指紋模板數(shù)據(jù)庫(kù)主要用來(lái)存儲(chǔ)許可人初次許可時(shí)錄入的許可人指紋數(shù)據(jù)，而指紋識(shí)別是用來(lái)完成樣板指紋(需要比對(duì)的指紋)與模板指紋(已經(jīng)保存在模板數(shù)據(jù)中的指紋)的匹配操作。這兩個(gè)處理過(guò)程具有相同的組成部分，唯一不同的是指紋識(shí)別過(guò)程多了指紋特征點(diǎn)的匹配環(huán)節(jié)。因此，只要完成指紋識(shí)別過(guò)程中的指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋特征點(diǎn)提取和指紋特征點(diǎn)的匹配等指紋識(shí)別算法的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。

2.2 電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖8和圖9所示。當(dāng)初次許可時(shí)，許可人按下啟動(dòng)擋板的“開啟”按鈕時(shí)擋板啟動(dòng)，電機(jī)工作，當(dāng)三側(cè)臂碰到開關(guān)倉(cāng)內(nèi)壁時(shí)，會(huì)反饋給電機(jī)一個(gè)終止信號(hào)，此時(shí)電機(jī)停止，擋板處于許可狀態(tài)。

圖8 許可開始時(shí)

圖9 許可結(jié)束時(shí)

當(dāng)許可結(jié)束后，許可人按下啟動(dòng)擋板“關(guān)閉”按鈕時(shí)，此時(shí)通過(guò)一個(gè)邏輯與信號(hào)，只有當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)信號(hào)和指紋識(shí)別匹配一致、信號(hào)都為真時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。否則，電機(jī)不工作。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，電機(jī)通過(guò)三側(cè)臂的限位開關(guān)反饋給電機(jī)一個(gè)終止信號(hào)，此時(shí)電機(jī)停止。

2.3 智能絕緣擋板硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于指紋識(shí)別技術(shù)的智能絕緣擋板硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖10所示，主要包括控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和指紋識(shí)別模塊。

圖10 絕緣擋板硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)智能絕緣擋板的推桿動(dòng)作，頂起或收縮上側(cè)擋板，是智能絕緣擋板的動(dòng)力核心。

(2)控制模塊?？刂颇K是智能絕緣擋板的核心，控制整個(gè)絕緣擋板的收縮或張開運(yùn)動(dòng)。同時(shí)控制模塊還要運(yùn)行圖像處理運(yùn)算、儲(chǔ)存智能模型和匹配指紋模型。

(3)指紋識(shí)別模塊。指紋識(shí)別模塊是用來(lái)完成樣板指紋(需要比對(duì)的指紋)與模板指紋(已經(jīng)保存在模板數(shù)據(jù)中的指紋)的匹配操作模塊。

3 智能絕緣擋板的樣品試驗(yàn)分析

3.1 智能絕緣擋板的實(shí)物

本文設(shè)計(jì)的智能絕緣擋板由裝置本體、指紋識(shí)別模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，組裝成的實(shí)物如圖11所示。

圖11 裝置外觀圖

3.2 智能絕緣擋板的型式試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的智能絕緣擋板是否滿足技術(shù)規(guī)范的要求，委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)所設(shè)計(jì)成的擋板進(jìn)行了型式試驗(yàn)，裝置經(jīng)第三方檢測(cè)合格，裝置可以投入使用。

3.3 智能絕緣擋板的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)裝置的有效性，本文將裝置在一個(gè)尚未投運(yùn)的開關(guān)站10 kV開關(guān)柜進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖12和圖13所示。從圖12可以看出，通過(guò)裝置靠近開關(guān)柜門旁的指紋識(shí)別系統(tǒng)即可啟動(dòng)三側(cè)臂，無(wú)需將身體探入開關(guān)倉(cāng)內(nèi)。啟動(dòng)后的三機(jī)械臂剛好撐滿了整個(gè)開關(guān)倉(cāng)，可有效將作業(yè)人員與母線簾門隔離開，從而避免現(xiàn)場(chǎng)人員觸電的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，智能絕緣擋板只有在識(shí)別到該許可人的指紋時(shí)三側(cè)臂才會(huì)收起，若在工作過(guò)程中有不匹配指紋輸入，擋板報(bào)警系統(tǒng)將啟動(dòng)，提示操作人員遠(yuǎn)離絕緣擋板。因此，指紋識(shí)別功能確保了絕緣擋板解鎖的唯一性，保證了工作全程中安全措施的牢固性和可靠性。

圖12 許可開始前

圖13 許可使用中

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于指紋識(shí)別的變電站許可用智能絕緣擋板，包括智能絕緣擋板本體、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)(包括指紋識(shí)別模塊以及電機(jī)控制模塊)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證裝置的有效性。本文所設(shè)計(jì)的智能絕緣擋板在日后的檢修許可工作中替代原有需要許可人鉆入開關(guān)倉(cāng)內(nèi)前傾掛鎖危險(xiǎn)動(dòng)作的“止步，高壓危險(xiǎn)”絕緣擋板。本文所設(shè)計(jì)的許可用絕緣擋板具有自動(dòng)化水平高、安全性好的特點(diǎn)。