带电作业人员体表场强和健康状态监测装置的研究

带电作业人员体表场强和健康状态监测装置的研究

拜润卿 郑晶晶 吕强 南江

国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730070

摘要：带电作业是电力行业的核心业务，目前仍存在危险因素，如识别预警不足、作业安全风险高等问题。为进一步保障作业人员的安全，应对作业人员身体健康状态和作业环境安全状态的实时监测。利用无线通信技术研制出将场强仪设置在屏蔽服上的新型屏蔽服，能够实时监测作业人员屏蔽服内体表场强大小。同时引进能够用于带电作业强电场内的手环，实时监测带电作业人员作业时的心率、血压监测、显示心电图等的健康状态。

关键词：带电作业；实时监测；屏蔽服；健康状态；场强

引言

在带电导线周围的空间存在着电场，一般来说，距离带电导线的距离越近，空间场强越高。作业人员带电作业时，随着人与带电体的逐步靠近，感应作用越来越强烈，人体与导线之间的局部电场越来越高。等电位作业的过程中，应注意其组合间隙的长度必须满足相关规程及标准的规定，使放电概率控制在 以下。在进入或脱离等电位时，要防止暂态冲击电流对人体的影响。

带电作业中要求，作业人员必须穿戴全套屏蔽用具，实施安全防护。那么如何改进现有屏蔽用具，实现作业人员的实时健康状态及体表场强监测并将监测数据传至地面分析设备，使作业人员的作业范围更具有可控性，是本文所研究的主要内容。

1体表场强测量

在带电作业过程中，由于作业人员无意识的移动和距离判断的误差，人体超越安全距离发生放电，或人体直接接触到带电设备造成的伤亡事故,在输电线路带电作业操作过程中，需要明确知晓安全距离，以此避免发生安全事故，防止工作人员受到伤害。

此处以直流800kV带电作业过程的场强为例：

(1)带电作业人员处于地电位作业位置时，其体表的场强较小，在塔身构架外人员体表场强最大值为50～60 kV／m，<240 kV／m的电场感知水平。

(2)使用塔上吊篮法进入等电位时，进入过程中吊篮内的场强<240 kV／m的电场感知水平，而当吊篮靠近导线一定距离后(约距离等电位3 m)，伸出吊篮外人体的关节部位表面场强将>240 kV／m的电场感知水平。

(3)当作业人员到达等电位后，处于分裂导线内的身体部位场强约为20～40 kV／m，伸出分裂导线外的身体部位表面场强的最大值约为560 kV／m，超出了240 kV／m的电场感知水平。

因此在带电作业过程中对于人员的场强防护显得非常重要，为确保作业人员的人身安全需穿戴屏蔽效率为60dB的屏蔽服。我国国家标准GB 6568．1-2000规定，对于整套屏蔽服，各最远端点间的电阻值≥20 Q，在规定的使用电压等级下，衣服内的体表场强≤15 kV／m，流经人体的电流≤50μA，人体外露部位的体表局部场强≤240 kV／m，据实验，人体感知的交流场强240kV/m，低于此值则无不适反应，为使带电作业人员体表场强低于限定值，防止发生使人体不适的异常感觉和有害的生理影响，及时监测人体表面的电场强度，我们在屏蔽服的腰部加装电子场强仪，使其具备场强监测及GPS定位功能，并能够将信息传至地面平台。

1.1升级智能屏蔽服，合理控制组合间隙

在带电作业过程中利用场强仪等先进设备，将电子场强仪设置在屏蔽服腰部，能够测量作业人员体表场强，电子场强仪内置GPS，将人体包含手的活动范围视作一个球体，设定此球体的直径D为2.5m，此球体的体积范围即为电子场强仪GPS所能监测的范围和感知范围，该数值即为作业人员所处的位置。当监测到人体所处位置的场强超过规定的范围时，则应采取对应的保护方案，以此增强输电线路带电作业中工作人员的安全性。

1.2电子场强仪功能介绍

电子场强仪可以将场强测量结果、频率监测及GPS信息显示在彩色LCD屏幕上、内置GPS接收机,可以实时显示GPS定位信息，便于外场测试时记录所在的位置信息。

频率范围：400KHz～1000MHz

测量范围：-5dBμV～+80dBμV

频率分辨率：100Hz

测量精度：±2dBμV

频率稳定度：±1ppm

通过对工频电场进行测量实时检测电场大小，及时反映出作业人员体表电场强度，当电场强度超过安全距离临界电场阈值或工频电场暴露限制阈值，发出预警信号,提醒作业人员采取相应的安全措施。基于相敏检测原理,具有信号采集和无线发射模块,采用多探头三维布点方式,有效降低了人体晃动带来的干扰;系统具有较高测量精度,安全距离预警误差小于4.17 cm。

2安全预警智能手环

2.1手环主要技术指标

1、适用电压范围：交流110V—直流1100KV

2、监测数据：生命体征监测：测人员血压、心率、心电图；环境状态感知：加装环境传感器，感知带电作业现场的温度、湿度等，实时监控作业环境状态。

3、监测输出：与地面管理平台关联状态，实时显示健康信息，。

4、系统：Android 4.4+、IOS 7.0+

5、防水等级：IP65防尘防水

6、正确佩戴手环的方法：将手环直接佩戴在左手腕或右手腕上，使手环表面面向身体的外侧。禁止将手环的表面扣在身体的内侧。

2.2预警智能手环特点

1、适用电压范围广。

2、体积小，佩戴方便。

3、集体能监测、报警、历史监测记录时间、地点、次数的查询。

4、与相关设备的关联报警提醒。

3 结束语

本文结合带电作业人员的工作实际，研究新型智能屏蔽服与安全预警智能手环，通过智能监控措施实时监测，可以有效提高带电作业的可操作性和安全管控，符合设备智能化、信息化发展的方向。

参考文献

[1] 顾植彬，杨鹏飞，彭春荣，夏善红等.MEMS 结构的带电作业电场测量预警系统[J］.传感器与微系统, 2017年第 36卷第4期.

[2] 张亚迪，车彬，邱中华等.基于人员体表场强的±800 kV特高压直流线路带电作业进入等电位的路径研究[J].高电压技术，2019，45（04）：1131-1136.