一种近电报警装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工频强电感应测量技术和高压工程安全生产领域，尤其涉及一种近电 报警装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 多年来，因触电事故造成人员重伤或死亡的数字非常惊人，已成为影响社会和谐 和家庭幸福的一大杀手。据近年来的事故统计分析发现，触电死亡人数占其全部死亡人数 的6.54%。我国约每用电1.5亿kWh就发生触电死亡1人，而实际上工业用电尤其是城市郊 区、县城及以下企业多以架空线路供电，更易发生人身触电伤亡事故。按照触电事故发生的 原因划分，误碰带电设备造成伤亡人数最多，占到了伤亡总人数的36%，事故对社会和谐造 成巨大冲击，每个触电死亡人员基本上都属于不同的家庭，也就是说，每年都有成千上万个 家庭必须承受失去亲人的巨大痛苦，同时在触电伤亡事故中，大约有60%形成法律纠纷，给 发供电企业带来巨大的经济损失和舆论负面影响。尤其对于长期工作在变电站、发电厂、输 配电线路等场所的电力企业或施工企业一线职工而言，高压触电威胁性更大，其触电主要 有两种:一种是强电磁场环境中的感应电触电，这种情况下作业人员轻者造成麻痛，重者造 成伤亡。另一种是直接误触高压带电设备触电，这种情况下一定会造成作业人员重伤或死 亡。以往人们对于感应电触电的防护采取的主要措施是通过穿绝缘手套和绝缘鞋的方法防 止触电，由于感应电电压往往很高，超过普通绝缘手套和绝缘鞋的耐压水平，起不到绝缘效 果，而绝缘水平高的手套和鞋，因为太笨拙穿着时无法工作，所以目前对感应电的防护还没 有好的办法，导致一线员工在作业过程中经常被感应电伤害。对于现场工作的一线员工误 走带电间隔和带电线路造成的直接触电事故的防护，传统的防护方法只是通过加强管理的 手段来避免，技术上没有任何措施，一旦发生触电，肯定要造成触电人员的伤亡。
[0003] 与此同时，目前在供电系统大多高压设备试验中采用不拆头试验方法，大大减轻 了检修工作量，但高压试验需进行试验接线，由于工作现场设备高绑梯困难，有时斗车无法 开进现场，绝缘杆由于伸缩自如、重量适中、维护方便在试验现场得到了广泛应用。但是在 使用绝缘杆近电操作时，操作者常因操作距离高、绝缘杆长，造成绝缘杆倒杆碰到相邻带电 设备，或使被试设备与母线的安全距离，造成工作人员触电事故发生。2012年某变电站试验 工作中，由于试验人员在拆除试验绝缘杆时站立不稳，绝缘杆失衡倒向临近带电设备，造成 试验人员被试验线引出的电弧灼伤。因此有必要在对绝缘杆的使用进行规范的同时依靠技 术力量对危险加以告警和预防。研究高效、稳定的近电预警系统将有效遏制安全事故的发 生。
[0004] 目前，就解决高压触电问题所采用的措施，基本停留在加强宣传力度和借用过流 保护装置完成漏电保护两种手段之上，但在实际生产生活中，时刻高度紧张地严防触电基 本无法做到，特别是高电磁环境中的感应触电更是难以预防。同时过流保护装置的动作与 实际电力系统运行状态、运行方式以及计算动作整定值有着密切关联，很难制定合适不同 状况的人身和设备安全运行的工作电流阈值。由此，在技术上减少和解决电力系统中的高 压触电所造成的人身伤亡和设备安全问题已是迫在眉睫。
【发明内容】
[0005] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出一种有效可靠的近电报警装置及其方 法，能够在高压和强电磁环境中检测电磁感应，并能够通过声音告警信号告知附近是否存 在高压带电物体或存在强电磁场，迅速、安全、可靠的提醒当事人注意警戒或迅速撤离危险 境况，有效保障人身和设备安全问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案实现：
[0007] 一种近电报警装置，包括电磁场传感器、信号处理电路、处理器以及电源;所述电 磁场传感器用于在电场中随变化的电场感生出变化的电流信号，将交变的电场感应为相应 的感生电流;所述信号处理电路用于对所述感生电流进行处理，供所述处理器使用;所述处 理器根据处理后的感生电流计算出相应的电场强度信号和距场源的距离;所述电源为所述 近电报警装置供电。
[0008] 进一步地，所述处理器对处理后的感生电流进行采样、频域分析及处理，计算出相 应的电场强度信号和距场源的距离。
[0009] 进一步地，所述信号处理电路包括感生电流拾取模块，所述感生电流拾取模块用 于将所述电磁场传感器感应的感生电流进行取样，转化为随电场强度变化而变化的电压信 号。
[0010]进一步地，所述信号处理电路还包括高倍仪用放大模块，所述高倍仪用放大模块 用于对所述电压信号进行放大至能够供处理器采样。
[0011] 进一步地，所述信号处理电路还包括工频检波滤波模块，所述工频检波滤波模块 用于滤除放大后的电压信号中反映其它频率的电磁波成分。
[0012] 进一步地，所述信号处理电路还包括信号调理模块，所述信号调理模块用于将检 波滤波后的信号进一步处理为处理器采样所需的电压输入范围内。
[0013] 进一步地，还包括下列模块的一种或几种:显示模块、声光报警模块、按键模块、近 电报警距离调节按键;所述近电报警距离调节按键用于设置近电报警距离，控制报警距离 灵敏度。
[0014] 进一步地，所述电磁场传感器为10mm*10mm*0.2mm的薄铜片。
[0015]进一步地，所述高倍仪用放大模块包括由J4端子和47uF电容组成的LC调谐电路、 由运放U4A、运放U4B组成的前级放大级和由运放U5B构成的差分放大级;所述运放U4A、U4B、 U5B组成通用数据放大器，每个运放都接成比例运算电路形式;所述感生电压输入至运放所 述运放U4A和U4B，构成差分输入，并将所述感生电压加至电阻R13上，经连接U4A和U4B的电 阻R15和R16进行放大，至U4A和U4B输出差分值，完成前级放大，前级放大倍数为(R15+R16+ R13) /R13; U4A和U4B将感生电压放大后输入至运放U5B进行后级放大后由U5B输出。
[0016] 本发明还公开了一种近电报警方法，采用电磁场传感器将带电体周围产生的工频 电磁场感生出感生电流;对所述感生电流进行捡拾、放大、检波、滤波后，由处理器进行采 样，并分析计算出相应的电场强度信号和距场源的距离。
[0017] 进一步地，所述电磁场传感器为的薄铜片，将所述薄铜片沿电力 线经线方向放置在缓慢变化的工频电场中；所述薄铜片将分别在近电力线和远电力线的两 侧10mm*0.2mm的面积上受电场影响分别分布变化的正负电荷，电荷数量随时间进行工频变 化，电荷密度分别为〇(t)和-〇(t)，其中〇(t)可按下式进行计算：
[0018] o(t) = eE(t)
[0019] 因此产生的感生电流为：
[0020] i(t)=2〇(t)=2eE(t)。
[0021 ]进一步地，工频环境下麦克斯韦方程组可以写成相量形式：
[0023] 式中，以相量形式表征的各场量和源量均仅为空间坐标的函数，其模值为相应正 弦量的有效值；
[0024] 通过解此方程组，可得电力线路附近电场强度水平和垂直分量的近似计算公式：
[0027]式中，y为电力线对地投影到观测点的距离，I为电力线中的交变电流，h为电力线 平均架设高度，z为观测点高度，《 0为大地的视在电导率，灿= 4llX1(r7H/m，w为 ， 角频率，Y i为大地传播常数，u为特征参数，JQ〇为第1类〇阶贝塞尔函数。
[0028]本发明的有益效果：
[0029] 1、能够在高压和强电磁环境中检测电磁感应，并能够通过声音告警信号告知附近 是否存在高压带电物体或存在强电磁场，迅速、安全、可靠的提醒当事人注意警戒或迅速撤 离危险境况，有效保障人身和设备安全问题。
[0030] 2、采用一薄金属感应铜片作为电磁场传感器的关键器件，材料获取加工及其容 易，几乎零成本，使用方便简单。
[0031] 3、采用处理器及前向通道中的信号处理电路中的运算放大器、电阻、电容等器件 均为电子材料市场中最常见器件和器材，既能够实现电磁场感应的微小电流的捡拾、放大 和获取，又能使装置制作生产选材方便，制作容易，装置功耗低、结构简单，探测灵敏度高。
[0032] 4、突破传统的电场测量装置的使用，直接采用简单常见的元器件和材料进行加工 和实现，使得装置体积小、重量轻、价格低廉，更易于广泛使用和普及。
[0033] 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明近电报警装置的电路结构框图。
[0035] 图2是本发明近电报警装置中高倍仪用放大模块的电路图。
[0036] 图3是本发明近电报警