王 磊，許建清，金桂如

（國網(wǎng)江蘇淮安供電分公司，江蘇 淮安 223001）

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，輸電鐵塔的建設(shè)和使用數(shù)量不斷增加，確保這些設(shè)施的安全運行至關(guān)重要[1]。然而，由于輸電鐵塔分布廣泛、外形相似，有時工作人員會登上錯誤的鐵塔，這不僅浪費了時間和資源，還可能引發(fā)安全隱患。此外，非法攀登鐵塔的情況也時有發(fā)生[2]。這些誤攀登事件不僅可能引發(fā)安全事故，還可能對整個電力供應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，目前，尚無誤登輸電桿塔預(yù)警裝置的研究。本文開展輸電鐵塔防誤登智能腳釘研究，在出現(xiàn)誤攀登時，后臺系統(tǒng)能夠快速感知，并防止未經(jīng)授權(quán)的人員非法攀登并迅速采取措施。該腳釘集狀態(tài)感應(yīng)、防誤登實時報警、后臺感知、警示設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)管理于一體，若誤登帶電桿塔，檢修人員腳踩腳釘，腳釘上安裝的傳感器發(fā)出信號，隨即發(fā)出警告聲音并后臺提醒，避免誤登塔事件的發(fā)生。

1 輸電鐵塔防誤登智能腳釘結(jié)構(gòu)框架

智能腳釘由腳釘、傳感器、電源、報警設(shè)備等裝置組成，各裝置功能如下：

腳釘內(nèi)置的高精度多功能壓力、震動傳感器可實時感知是否人員登塔；

采用超低功耗設(shè)計，利用太陽能電板為內(nèi)置蓄電池；

誤登塔時，報警設(shè)備作用，及時提醒作業(yè)人員；

前端腳釘和后端終端采用無線通信技術(shù)，后臺設(shè)置線路是否停電，是否可登塔作業(yè)，如誤登桿塔，前端腳釘收到信號后報警并后臺實時收到提醒。

裝置的總體框架如圖1 所示。

圖1 輸電鐵塔防誤登智能腳釘結(jié)構(gòu)框架

2 輸電鐵塔防誤登智能腳釘各部件設(shè)計方案

2.1 腳釘主體

采購電容傳感器原器件，設(shè)計并繪制傳感器控制電路，根據(jù)傳感器的特性和控制電路的要求，編譯控制程序，以實現(xiàn)對傳感器信號的處理和控制。

設(shè)計腳踏圖紙，繪制L 型塑料腳踏的圖紙。圖紙詳細(xì)標(biāo)注腳踏的形狀、尺寸、材料以及制作細(xì)節(jié)等。在獲得了詳細(xì)的設(shè)計圖紙后，采用3D 打印技術(shù)進行腳踏的制作。3D 打印技術(shù)不僅可以快速制作出腳踏原型，還能精確地按照設(shè)計圖紙進行制作，保證了制作的質(zhì)量。在打印完成后，小組成員進行了毛邊的修剪，確保腳踏的平滑，以便后續(xù)的組裝工作。最后進行腳踏的組裝和緊固，按照設(shè)計圖紙組裝，確保腳踏的穩(wěn)定性和堅固性。對防護結(jié)構(gòu)的承重能力進行測試，具體數(shù)據(jù)如表1 所示，承重能力均高于250 kg，滿足人員體重要求。

表1 L 型塑料腳釘承重能力測試kg

2.2 主體控制箱

控制器方面，選擇8051 單片機作為主控芯片，繪制電路圖時，充分考慮8051 單片機的特性和項目需求，將所有外設(shè)、存儲器和擴展接口合理布局，進行電路板的制作和測試。在主控電路板測試通過后，編寫包括初始化、輸入輸出控制、數(shù)據(jù)運算等在內(nèi)的主程序。在編寫過程中，借助了Keil C51 等開發(fā)工具，對程序進行編譯、調(diào)試和優(yōu)化，確保程序的正確性和可讀性。

聲光報警器方面，設(shè)計控制模塊，將各個控制模塊按照預(yù)設(shè)的連接方式和順序進行連接。在連接過程中，小組成員注重線路的耐壓和抗干擾能力，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。對不同的場景，開展有效距離測試，如表2 所示。夜間農(nóng)田位置，裝置的告警能力最好。自動聲光告警裝置的燈光信號有效傳輸距離在白天陽光充足時，仍可以達60 m；聲音信號在白天城鎮(zhèn)道路等噪音較大的地方，有效傳輸距離仍可以達到50 m，滿足現(xiàn)場需要。

表2 輸電鐵塔防誤登智能腳釘報警信號有效距離測試

電源方面，因為單晶硅光伏板轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，選擇其作為供電電源，考慮輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件，為光伏板設(shè)計專用固定支架，將其與輸電鐵塔的供電線路連接起來。將組裝好太陽能電池板進行測試，測試其在同一天內(nèi)不同時刻下供電能力，并根據(jù)測試結(jié)果繪制了折線圖。查閱氣象資料，xx 地區(qū)的平均日照強度在500～2 000 lx 之間，選擇500 lx、1 000 lx、2 000 lx 3 種情況下的光照強度進行實驗，測試結(jié)果如表3 所示，最低輸出功率為104 W，能滿足設(shè)備最大功率的要求。光伏板配合鋰電池，為系統(tǒng)提供電源。

2.3 數(shù)據(jù)后臺

通信方面，NB-LoT 是一種窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有低功耗、大連接、廣覆蓋等特點。將NB-LoT模塊與后臺服務(wù)器連接，開展協(xié)議配置和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試。在這個步驟中，須在輸電鐵塔上安裝智能腳釘，并將腳釘與已連接的后臺服務(wù)器進行配置。同時，對腳釘進行測試，確保其能夠準(zhǔn)確無誤地接收和發(fā)送信息。

前后端方面，開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)后端控制平臺，滿足實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制需求，并且可以與各種傳感器和執(zhí)行器進行無縫連接。編寫數(shù)據(jù)傳輸代碼，將傳感器采集的數(shù)據(jù)從前端設(shè)備傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器，并進行必要的解析和處理。完成數(shù)據(jù)傳輸代碼的編寫之后，編譯前后端程序。

3 應(yīng)用效果

對腳釘開展整體調(diào)試，測試控制信號的傳輸、電源的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的整體性能，如圖2 所示。

圖2 新型輸電鐵塔防誤登智能腳釘整體調(diào)試

測試異常攀爬告警時間，共計試驗50 次，并記錄耗時情況，具體數(shù)據(jù)如圖3 所示，經(jīng)過測試，最長時間為17 s，該時間足以確保攀爬人員接近安全距離前便發(fā)出告警信號。

圖3 異常攀爬告警時間分布圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計并構(gòu)建了一種新型輸電鐵塔防誤登智能腳釘，腳釘集狀態(tài)感應(yīng)、防誤登實時報警、后臺感知、警示設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)管理于一體，后臺系統(tǒng)能夠快速感知誤攀登行為并聲光告警，防止未經(jīng)授權(quán)的人員非法攀登，并迅速采取措施，避免誤登帶電桿塔等安全事故。