一种测量吊车吊臂与运行中超高压输电线安全距离的方法

摘要

一种测量吊车吊臂与运行中超高压输电线安全距离的方法，用设在吊臂上的探测头检测周围的电场强度，检测结果送入比较模块与预设定值进行比较；以电场强度信号的强弱作为激光测距装置工作的启/停信号；当电场强度信号高于预设定值时，激光测距装置作半球面区域的扫描测距；当电场强度信号低于预设定值时，距离检测模块停止工作，减少整个探测头电源消耗；在吊车操作室设数据收集显示装置，高压电场强度检测模块和距离检测模块的检测结果以无线信号传输方式送到数据收集显示装置，供显示、报警或对外控制之用。本发明还提供了一种相应安全距离的测量装置，其能适应不同电压等级输变电线路和吊臂不同的工作角度，又可实现低功耗运行。

说明书

技术领域

属于测量领域，尤其涉及一种用于测量吊车吊臂与带电高压输电线路之间安全距离的检测方法及其装置。

背景技术

上海超高压电网500千伏和220千伏的超高压输电线路，在地理位置上涉及全上海所有区县。

上海超高压电网担负着上海地区95％以上电量输送的重任，是保障上海电力供应的“主动脉”。

超高压输电线路的安全运行，不仅关系到上海市政府、企业、商业、市民等安全可靠用电，更关系到上海国际大都市的形象和社会的稳定与发展。

分析多年来超高压输电线路的线路“外损”事故，其中吊车“碰线”是头号“杀手”。

所谓的吊车“碰线”事故，是指吊车吊臂碰触在运(即处于带电运行状态)高压输电线导线导致的事故，这些事故中，吊车施工中吊臂与超高压导线的“安全距离”不足是线路“外损”事故发生的主要原因。

可见，在大量市政工程、建筑施工、园林树木等吊装作业，在临近超高压输电线路下进行施工作业时，由于吊车作业人员不能有效控制吊车吊臂与高压输电线导线之间的安全距离，极易发生吊车吊臂碰触在运(即处于带电运行状态)高压输电线导线，从而导致超高压输电线路跳闸、设备损坏、人员触电甚至大面积停电事故，给电力系统的安全运行和人身安全造成重大危害。如何防止该类事故的发生，是我们面临的一个重大课题。

现有的高压线路测距装置，多采用电场强度检测的原理进行工作，取得了一定的防范效果。

但是在实际使用中发现，针对不同电压等级的输电线路，在同样距离的情况下，其检测到的电场强度不同，反之亦然。所以，单纯设定一个电场强度报警基准值去适应不同电压等级的输电线路是难以满足实际工作需要的，而同时携带多个适用于不同电压等级的高压线路测距装置，一方面购置和维护成本较高，另一方面，在使用中容易搞混，反而起不到应有的防范/报警效果。

此外，也有采用超声波测距仪进行测距的，但是由于输电线路导线较细，测距返回波非常弱，实际使用时灵敏度低，测距效果差，无法满足工作的使用要求。

现有的激光测距仪，虽然测距精度和灵敏度较佳，但是因为激光探头发出的是一束光线，同样由于输电线路导线较细，在实际使用过程中存在瞄准困难，瞄准/测量过程较长，不能适应不同的吊臂工作角度，无法自动进行测距等诸多不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量吊车吊臂与运行中超高压输电线安全距离的方法，其组合了电场强度检测和激光测距两种检测方式，根据检测到的电场强度来开启/关闭激光测距仪，既能适应不同电压等级的输变电线路和不同的吊臂工作角度，又可实现低功耗运行，可自动进行半球面区域的激光扫描测距、发出报警信号，且探测头整体安装/拆除方便，便于投运和维护/检修。

本发明的技术方案是：提供一种测量吊车吊臂与运行中超高压输电线安全距离的方法，包括电场强度检测和激光测距，其特征是：

A、在吊车吊臂上设置一探测头，在地面或吊车操作室设置一数据收集显示装置；在探测头中设置由感应电极和电场强度检测单元构成的高压电场强度检测模块、由激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元构成的距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块；在数据收集显示装置中设置无线信号接收模块、数据处理模块、LED显示模块和声光报警模块；

B、高压电场强度检测模块检测探测头所在吊车吊臂周围的电场强度，并将检测结果送入安全距离比较模块；

C、在安全距离比较模块中，将检测到的电场强度信号与预设定值进行比较；

D、以高压电场强度检测模块检测到的电场强度信号的强弱，作为激光测距装置工作的“启动”/“停止”信号；

E、当电场强度信号高于预设定值时，安全距离比较模块输出“启动”信号，激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元开始工作；

F、测距探头摆动驱动单元驱动测距探头作摆动，形成一个半球面的测距扫描区间，测距探头发出激光测距光束，并接收返回的测距光束，激光测距单元根据发出和返回的测距光束输出测距结果；

G、当电场强度信号低于预设定值时，安全距离比较模块输出“停止”信号，激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元停止工作，以减少整个探测头的电源消耗；

H、所述高压电场强度检测模块和/或距离检测模块的检测结果以无线信号传输的方式发送到数据收集显示装置，供显示、报警或对外控制之用。

具体的，在所述的探测头底部设置磁铁，使探测头与吊车吊臂的金属构件之间形成磁吸附式固定连接方式。

所述的测距探头摆动驱动单元驱动测距探头，作X轴和/或Y轴方向上的摆动，形成一个半球面的测距扫描区间。

所述的无线信号发射模块和无线信号接收模块对应匹配工作，形成探测头和数据收集显示装置之间的无线信号传输通道。

进一步的，在所述的探测头中设置电池组，为高压电场强度检测模块、距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块提供电源。

在所述的数据收集显示装置设置车内点烟器车载电源连接插头，为数据收集显示装置提供电源。

本发明还提供了一种测量吊车吊臂与运行中超高压输电线安全距离的装置，包括电场强度检测单元和激光测距单元，其特征是：在吊车吊臂上设置一探测头；在地面或吊车操作室设置一数据收集显示装置；在所述的探测头底部设置磁铁，探测头与吊车吊臂之间构成磁吸附式连接结构；在探测头中设置由感应电极和电场强度检测单元构成的高压电场强度检测模块、由激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元构成的距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块；在数据收集显示装置中设置无线信号接收模块、数据处理模块、LED显示模块和声光报警模块；在所述的探测头和数据收集显示装置之间，设置无线数据信号传输通道。

上述的感应电极与电场强度检测单元的信号输入端连接，电场强度检测单元的信号输出端与安全距离比较模块的信号输入端连接，测距探头的信号输出端与激光测距单元的信号输入端连接，安全距离比较模块的信号输出端与激光测距单元的控制输入端连接，电场强度检测单元的信号输出端、激光测距单元的信号输出端和安全距离比较模块的信号输出端与无线信号发射模块的信号输入端分别依次连接；无线信号发射模块与无线信号接收模块之间无线信号连接；无线信号接收模块的信号输出端与数据处理模块的信号输入端连接，数据处理模块的信号输出端与LED显示模块和声光报警模块的信号输入端分别依次连接。

其所述的电场强度检测单元为常规感应式电场强度检测电路；所述的激光测距单元为常规激光测距仪；所述测距探头摆动驱动单元包括测距探头转动轴、与测距探头固接的X-Y轴双向摇摆架结构和驱动摇摆机构的驱动电机；所述的安全距离比较模块包括放大整形电路、用于将检测值与设定值进行比较的数字比较电路和用于控制激光测距单元以及测距探头摆动驱动单元工作的启/停控制电路；所述的数据处理模块为单片机CPU电路；所述的LED显示模块为2位LED驱动及显示电路；所述的声光报警模块为常规声/光报警电路。

进一步的，在所述的探测头中设置电池组为高压电场强度检测模块、距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块提供电源。

在所述的数据收集显示装置设置汽车车内点烟器车载电源连接插头，为数据收集显示装置提供电源。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用电场强度检测和激光测距两种方式，以电场强度检测信号的强度作为激光测距装置工作的启动/停止信号，能适应不同电压等级的输变电线路，而且实现了低功耗运行，以适应电池的供电方式；

2.让激光测距探头采用X-Y轴双向摇摆机构成半球面扫描探测，能适应不同角度的吊臂工作角度，可自动进行激光测距，使得监测工作的可靠性大大提高；

3.整体探测头采用磁吸附固定结构/方式，整体安装/拆除方便，便于投运和维护/检修；

4.各模块采用标准化设计，可方便扩展与其它系统互连，费用低廉，从电场和测距信息的采集到数据处理、通信、报警自成系统，整体自动化程度高。

5.探测头和数据收集显示装置之间采用无线信号连接，省去了冗长繁琐的连线；

6.装置整体不但具有良好的绝缘性还有极强的抗电磁干扰能力，运行安全、可靠、准确性高。

附图说明

图1是本发明测量安全距离的方法示意方框图；

图2是本发明之探测头的结构示意图；

图3是测距探头摆动驱动单元结构示意图；

图4是本发明之测量装置整体电系统构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本方法的具体流程包括：

A、在吊车吊臂上设置一探测头，在地面或吊车操作室设置一数据收集显示装置；在探测头中设置由感应电极和电场强度检测单元构成的高压电场强度检测模块、由激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元构成的距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块；在数据收集显示装置中设置无线信号接收模块、数据处理模块、LED显示模块和声光报警模块；

B、高压电场强度检测模块检测探测头所在吊车吊臂周围的电场强度，并将检测结果送入安全距离比较模块；

C、在安全距离比较模块中，将检测到的电场强度信号与预设定值进行比较；

D、以高压电场强度检测模块检测到的电场强度信号的强弱，作为激光测距装置工作的“启动”/“停止”信号；

E、当电场强度信号高于预设定值时，安全距离比较模块输出“启动”信号，激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元开始工作；

F、测距探头摆动驱动单元驱动测距探头作摆动，形成一个半球面的测距扫描区间，测距探头发出激光测距光束，并接收返回的测距光束，激光测距单元根据发出和返回的测距光束输出测距结果；

G、当电场强度信号低于预设定值时，安全距离比较模块输出“停止”信号，激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元停止工作，以减少整个探测头的电源消耗；

H、所述高压电场强度检测模块和/或距离检测模块的检测结果以无线信号传输的方式发送到数据收集显示装置，供显示、报警或对外控制之用。

此外，在探测头底部设置磁铁，使探测头与吊车吊臂的金属构件之间形成磁吸附式固定连接方式。

具体的，测距探头摆动驱动单元驱动测距探头，作X轴和/或Y轴方向上的摆动，形成一个半球面的测距扫描区间。

所述的无线信号发射模块和无线信号接收模块对应匹配工作，形成探测头和数据收集显示装置之间的无线信号传输通道。

进一步的，在探测头中设置电池组，为高压电场强度检测模块、距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块提供电源。

在数据收集显示装置设置车内点烟器车载电源连接插头，为数据收集显示装置提供电源。

图2中，本技术方案在探测头1的底部设置磁铁2，使探测头与吊车吊臂3之间构成磁吸附式连接固定结构；在探测头中设置由感应电极4和电场强度检测单元5构成的高压电场强度检测模块、由激光测距单元6、测距探头7和测距探头摆动驱动单元8构成的距离检测模块、安全距离比较模块9和无线信号发射模块10。

图3中，测距探头摆动驱动单元包括测距探头转动轴8-1、与测距探头固接的X-Y轴双向摇摆架结构8-2和驱动摇摆机构的驱动电机8-3和8-4。

X-Y轴双向摇摆机构的作用是使激光测距探头沿X坐标轴和/或Y坐标轴做相应摆动，其效果与交通系统的全景监控摄像头所用的“云台”相同/类似。

在实际工作时，两个驱动电机转达，驱动X-Y轴双向摇摆机构运动，带动激光测距探头实现半球面区域探测扫描，达到自动测距、适应吊车吊臂不同工作角度的目的。

为了图面的简洁，本图中未示出其详细的各部件结构，本领域的技术人员在实际实施时，可参考中国专利文献CN 99125627.1“摄像机扫描扩展云台”、CN95116433.3“三轴单点瞬间锁定双半球关节云台”或CN 02265491.7“球形摄像机旋转云台”中的相关内容，具体结构关系和动作过程在此不再详述。

图4中，本技术方案在探测头A中设置由感应电极和电场强度检测单元构成的高压电场强度检测模块A1、由激光测距单元、测距探头和测距探头摆动驱动单元构成的距离检测模块A2、安全距离比较模块A3和无线信号发射模块A4；在数据收集显示装置B中设置无线信号接收模块B1、数据处理模块B2、LED显示模块B3和声光报警模块B4；在探测头和数据收集显示装置之间，设置无线数据信号传输通道C。

其中，感应电极与电场强度检测单元的信号输入端连接，电场强度检测单元的信号输出端与安全距离比较模块的信号输入端连接，测距探头的信号输出端与激光测距单元的信号输入端连接，安全距离比较模块的信号输出端与激光测距单元的控制输入端连接，电场强度检测单元的信号输出端、激光测距单元的信号输出端和安全距离比较模块的信号输出端与无线信号发射模块的信号输入端分别依次连接；无线信号发射模块与无线信号接收模块之间无线信号连接，无线信号接收模块的信号输出端与数据处理模块的信号输入端连接，数据处理模块的信号输出端与LED显示模块和声光报警模块的信号输入端分别依次连接。

由图可见，为了控制外部装置(诸如吊车的动力电源或吊车吊臂的控制装置等)完全可以在无线信号接收模块的信号输出端再设置一个驱动输出模块(图中用虚线方框B5来表示)，用于输出相应的对外驱动/控制信号，进一步提高吊车的操作安全性。

此处，电场强度检测单元采用常规的感应式电场强度检测电路即可。

激光测距单元是常规的激光测距仪。

安全距离比较模块包括用于将感应式电场强度检测电路的输出信号进行预处理的放大整形电路、用于将实际检测值与预设定值进行比较的数字比较电路和用于控制激光测距单元以及测距探头摆动驱动单元工作的启/停控制电路。

当感应式电场强度检测电路的输出信号大于预设定值时，数字比较电路通过启/停控制电路输出激光测距单元和测距探头摆动驱动单元“开始工作”的控制信号，反之，若感应式电场强度检测电路的输出信号小于预设定值，启/停控制电路输出激光测距单元和测距探头摆动驱动单元“停止工作”的控制信号，这样可以避免在吊车吊臂距带电输电线路距离较远时激光测距单元和测距探头摆动驱动单元处于“工作”状态所带来的不必要的电源消耗，有利于延长探测头中电池的工作时间和使用寿命，实现“低功耗”的运行效果。

数据处理模块采用常规的单片机CPU数据处理电路即可。

LED显示模块采用2位LED驱动及显示电路即可显示分米级间隔距离数据。

声光报警模块是常规声/光报警电路。

此外，在探测头中设置电池组(图中未示出)为高压电场强度检测模块、距离检测模块、安全距离比较模块和无线信号发射模块提供电源。

在数据收集显示装置设置车内点烟器车载电源连接插头(图中未示出)，为数据收集显示装置提供电源。

由于前述的感应式电场强度检测电路、激光测距仪、数字比较电路、启/停控制电路、数据处理CPU电路、2位LED驱动及显示电路以及声/光报警电路均为现有技术，本领域的技术人员，在领会和掌握本技术方案的创新意图和构思之后，无需经过创造性劳动，可实现本技术方案之技术效果，故对于上述功能电路的具体元件构成和相互之间的连接关系，在此不再详述。

实际使用过程中，本装置的运行参数测试如下：

1、最小测量距离2米；最大测量距离：8.5米；测量角度：≥180°；

2、线路电压与吊臂安全报警距离：

电压等级(kV)     10～35     110        220       50

报警距离(m)      3±0.1     4.5±0.2   6±0.3    8±0.5

3、测距精度：≥5％

4、无线通信有效距离：≤30米

5、通信接口：433MHz

6、报警音响：2米内清晰可听，间隙音效；

7、报警光亮：2米内清晰可见，间隙光效；

8、检测装置工作电压：DC 9V±2V

9、接受终端工作电压：DC 12V±2V

10、适用检测电压范围：AC 10kV～500kV

由于本技术方案的探测头采用磁吸附固定结构/方式，整体安装/拆除方便，且其电路部分采用先检测电场强度，当探测头所在位置附近的电场强度高于或低于设定值时，启动/停止激光测距模块的工作以及激光测距探头的摆动，能适应不同电压等级的输变电线路，而且实现了低功耗运行；同时，对激光测距探头采用摇摆式半球面扫描探测，能适应不同角度的吊臂工作角度，可自动进行激光测距，使得安全距离监测工作的可靠性大大提高；在探测头和数据收集显示装置之间采用无线信号连接方式，省去了冗长繁琐且难以固定的信号连接导线/信号电缆；各模块采用标准化设计，可方便扩展与其它系统互连，整体自动化程度高；装置整体不但具有良好的绝缘性还有极强的抗电磁干扰能力，运行安全、可靠、准确性高。

本发明可广泛用于在临近超高压输电线路下进行吊装作业的施工领域。