一种临时接地线状态检测设备和方法

技术领域

本发明涉及临时接地线，尤其涉及一种临时接地线状态检测设备和方法。

背景技术

电网检修期间，需要在该条停电线路可能来电的各路进线处装设接地线，虽然工作票制度的建立大大减少了停电检修过程中安全事故的发生，但由于检修地点远离调度中心，接地封线间距较远，接地线的挂接与拆除信息完全依赖于现场人员与调度人员的电话沟通，接地线是否真实接地、是否真实移除等关键状态缺乏技术手段管控，仅仅依靠人员素质和自觉性是不够的，在工作现场即使有各种安全规程的存在，由于人员素质、工作时间与劳动强度等各种因素，还是造成了较多的接地线引发的严重事故。

现有的临时接地线的状态检测，根据已有专利和文献，主要采用两种方法：

(1)图像记录方法

此方法主要是在上报接地线状态时，对地线进行拍照并通过无线网络上传，由后台监控中心进行确认，该方法增加了拍照需要进行的硬件和管理成本，同时图像记录方式在夜间也存在使用障碍，并不能适配各类场合，此方法对一线工作人员也并不友好，增加了拍照及上传的工作量，不利于推广应用。

(2)接地线和特定接地点改造

此方法主要在变电站等电力系统专属区域应用，方法如下：

1)对于接地状态检测，是通过对临时接地线和特定接地点进行改造，增加RFID标识，在地线与特定接地点接触后，通过RFID完成状态确认。

2)对于挂接状态检测，是通过在临时接地线上增加超声波测距装置，完成悬挂后测量地线离地距离来对挂接状态进行确认。

该方法改造成本较高，也不适用非电力系统专属区域的场景，更多的临时接地点无法配备RFID标识，局限性较大。

另外，公开号为CN111007430A的专利《一种临时接地线状态检测设备与方法》提出了一种增加挂接传感模块和接地针传感器模块通过传感器结合智能算法实现对接地线工作的全流程实现检测，但是该方法较为繁琐，同时依赖与智能算法需要大量的测试及数据进行训练完善。

另外，文献《基于物联网数据采集的携带型短路接地线监测系统研究》采用压力传感器来监测挂接动作，同时用距离传感器、角度传感器及光线传感器来对接地针接地状态判定。

以上现有方法的问题和缺陷包括：

(1)适用部门范围不全，不能对电网全部部门的临时接地检修工作进行兼顾；

(2)适用场景不全，比如对夜晚、临时接地点作业、线路巡检等场景均不能妥善兼容；

(3)改造成本较大，现有方法对地线和接地点均要添加比较复杂的设备，形成强关联组合，成本较大；

(4)增加工作人员的工序和工作量，不利于基层全面的推广和落地；

(5)专利《接地线状态预警装置》(CN202010383208.1)采用拨动探针检测挂接动作，存在问题是：机械结构设计与调整复杂，同时拨动探针在多次挂接使用后寿命问题；

(6)文献《基于物联网数据采集的携带型短路接地线监测系统研究》采用压力传感器来监测挂接动作，同时用距离传感器、角度传感器及光线传感器来对接地针接地状态判定，其存在缺陷为：对挂接钩及接地线改动较大，同时判断方法及流程复杂；

(7)专利《一种临时接地线状态检测设备与方法》提出方法较为繁琐，同时依赖与智能算法需要大量的测试及数据进行训练完善。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种临时接地线状态检测设备和方法。

本发明提供了一种临时接地线状态检测设备，包括临时接地线和接地线传感前端结构，所述临时接地线包括挂线钩、导线和接地针，所述挂线钩通过所述导线与所述接地针连接，所述接地线传感前端结构包括挂接端传感器模块和接地端传感器模块，所述挂接端传感器模块内置于所述挂线钩，所述挂接端传感器模块和接地端传感器模块采用不同的硬件配置。

作为本发明的进一步改进，所述挂接端传感器模块包括内置于所述挂线钩的挂接端电池、挂接端蓝牙模块、遮挡或距离传感器、挂接端MCU、气压或高度传感器和挂接端加速度传感器及陀螺仪，其中，所述挂接端电池、遮挡或距离传感器、气压或高度传感器和挂接端加速度传感器及陀螺仪的输出端分别与所述挂接端MCU连接，所述挂接端MCU与所述挂接端蓝牙模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述挂接端蓝牙模块、遮挡或距离传感器、挂接端MCU、气压或高度传感器和挂接端加速度传感器及陀螺仪、挂接端电池自所述挂线钩的钩端向尾端顺序布置。

作为本发明的进一步改进，所述遮挡或距离传感器有三个并以所述挂线钩的挂接线缆的圆心为半圆布置。

作为本发明的进一步改进，所述接地端传感器模块包括弧形卡扣和分别内置于所述弧形卡扣的接地端加速度传感器及陀螺仪、接地端蓝牙模块、接地端MCU、麦克风、接地端电池和接地端距离传感器，其中，所述弧形卡扣固定在所述接地针上，所述地端加速度传感器及陀螺仪、麦克风、接地端电池和接地端距离传感器的输出端分别与所述接地端MCU连接，所述接地端MCU与所述接地端蓝牙模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述接地端加速度传感器及陀螺仪、接地端蓝牙模块、接地端MCU、麦克风、接地端电池和接地端距离传感器自所述弧形卡扣的顶端向底端顺序布置。

本发明还提供了一种临时接地线状态检测方法，包括以下步骤：

Step1、通过接地端加速度传感器及陀螺仪检测接地过程中的敲击时的接地针的加速度以及接地针的倾斜角度，通过麦克风记录接地过程波形，经过数据处理，当竖直状态的敲击达到设定程度后，通过估算接地深度结合接地端距离传感器数值判定接地深度是否达到要求，以此判定接地是否完成；

Step2、通过接地端加速度传感器及陀螺仪检测移除接地过程中的接地针加速度以及接地针竖直角度变化，同时根据接地端距离传感器判定接地针与地面距离变化判定接地针是否移除；

Step3、通过气压或高度传感器判定挂线钩高度变化，当挂线钩升高到移动高度，监测遮挡或距离传感器是否发生状态改变，如果发生状态改变则说明挂线钩挂接到线缆上；当遮挡或距离传感器状态发生改变，同时检测到挂线钩降低到设定高度，则挂线钩移除。

作为本发明的进一步改进，在步骤Step1中，采用麦克风记录敲击过程中的声音振动传播波形，并进行以下接地深度的估算：

其中，s(t)为麦克风记录敲击过程中声音振动随时间t变化的波形数据，a(t),θ(t)分别为接地端加速度传感器及陀螺仪记录的加速度和角度随时间t变化的数据，f

作为本发明的进一步改进，将接地深度的估算结果与接地端距离传感器检测到的数据进行数据融合，以获得用于判定接地最终状态的接地深度值。

作为本发明的进一步改进，在步骤Step3中，由挂线钩的相对高度、倾斜角度、区间及加速度值，判定挂线钩已经挂接线缆且自然悬空，结合遮挡或距离传感器是结果推理判定接电线挂接完成，如果遮挡移除或距离增加，同时检测到挂线钩降低到设定高度，则判定挂线钩已移除。

本发明的有益效果是：增加了接地、挂接状态判定的准确度，简化了人工智能算法所需要的测试训练。

附图说明

图1是本发明一种临时接地线状态检测设备的挂接端传感器模块的示意图。

图2是本发明一种临时接地线状态检测设备的接地端传感器模块的示意图。

图3是本发明一种临时接地线状态检测设备的接地端传感模块算法流程图。

图4是本发明一种临时接地线状态检测设备的挂接端传感器模块算法流程。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种临时接地线状态检测设备，包括临时接地线和接地线传感前端结构，所述临时接地线包括挂线钩100、导线和接地针，所述挂线钩100通过所述导线与所述接地针连接，所述接地线传感前端结构包括挂接端传感器模块和接地端传感器模块，所述挂接端传感器模块内置于所述挂线钩100，所述挂接端传感器模块和接地端传感器模块采用不同的硬件配置。

所述挂接端传感器模块包括内置于所述挂线钩100的挂接端电池16、挂接端蓝牙模块11、遮挡或距离传感器12、挂接端MCU13、气压或高度传感器14和挂接端加速度传感器及陀螺仪15，其中，所述挂接端电池16、遮挡或距离传感器12、气压或高度传感器14和挂接端加速度传感器及陀螺仪15的输出端分别与所述挂接端MCU13连接，所述挂接端MCU13与所述挂接端蓝牙模块11连接，可通过挂接端蓝牙模块11进行数据的无线传输。

所述挂接端蓝牙模块11、遮挡或距离传感器12、挂接端MCU13、气压或高度传感器14和挂接端加速度传感器及陀螺仪15、挂接端电池16自所述挂线钩100的钩端101向尾端102顺序布置。

所述遮挡或距离传感器12优选有三个并以所述挂线钩100的挂接线缆的圆心为半圆布置。

所述接地端传感器模块包括弧形卡扣200和分别内置于所述弧形卡扣200的接地端加速度传感器及陀螺仪21、接地端蓝牙模块22、接地端MCU23麦克风24、接地端电池25和接地端距离传感器26，其中，所述弧形卡扣200固定在所述接地针上，所述地端加速度传感器及陀螺仪21、麦克风24、接地端电池25和接地端距离传感器26的输出端分别与所述接地端MCU23连接，所述接地端MCU23与所述接地端蓝牙模块22连接。

所述接地端加速度传感器及陀螺仪21、接地端蓝牙模块22、接地端MCU23、麦克风24、接地端电池25和接地端距离传感器26自所述弧形卡扣200的顶端201向底端202顺序布置。

改进后的挂接端传感器模块主要创新点如下：

(1)优化内置传感器，通过更为合理的传感布置器实现对接地线挂接过程监测；

(2)改进后增加了对挂接状态判定的传感器，实现不仅可以对挂接过程进行检测还可以对挂接杆是否挂接完成结果进行准确判定：挂接端传感器模块通过气压或高度传感器14、挂接端加速度传感器及陀螺仪15对挂线钩100挂接过程的运动及状态进行监测，通过遮挡或距离传感器12对挂接结果进行判定，简化了现有技术中的数据处理及判定算法。其中遮挡或距离传感器12可以设置一个，也可以设置多个(优选三个)以避免检测盲区，增加对挂接结果判定的准确性；

(3)采用非接触传感器对挂接最终状态进行判定，避免传统的拨动探针或弹簧针加微动开关判定最终状态时，机械结构复杂，同时多次使用存在寿命问题等；

(4)优化了挂接端模块的结构，使检测装备对挂接杆结构改动更小，更便于安装。

改进后接地端传感器模块主要创新如下：

(1)优化内置传感器，通过更为合理的传感器布置实现对接地线接地过程监测；

(2)改进后增加了接地状态是否完成判定的传感器，实现不仅可以对接地过程进行监测还可以对接地针是否接地完成的结果进行准确判定：通过接地端加速度传感器及陀螺仪21及麦克风24检测接地过程，通过接地端距离传感器26检测接地端传感器模块和地面距离确定接地深度以对接地结果进行判定，简化现有技术中的数据处理及判定算法；

(3)增加麦克风24，实现对接地全过程的记录避免接地敲击时加速度传感器超出量程时加速度数据无效，避免需要高速、大量程加速度传感器才能完整记录敲击时加速度，通过麦克风信号结合普通加速度传感器通过估算方法实现对接地深度的较准确的估计计算。

改进后临时接地线状态检测设备工作流程如下：

Step1.通过接地端加速度传感器及陀螺仪检测接地过程中的敲击时的接地针的加速度以及接地针的倾斜角度，通过麦克风记录接地过程波形，经过数据处理，当竖直状态的敲击达到设定程度后，通过估算接地深度结合接地端距离传感器数值判定接地深度是否达到要求，以此判定接地是否完成；

Step2.通过接地端加速度传感器及陀螺仪检测移除接地过程中的接地针加速度以及接地针竖直角度变化，同时根据接地端距离传感器判定接地针与地面距离变化判定接地针是否移除；

Step3.通过气压或高度传感器判定挂线钩高度变化，当挂线钩升高到移动高度，监测遮挡或距离传感器是否发生状态改变，如果发生状态改变则说明挂线钩挂接到线缆上；当遮挡或距离传感器状态发生改变(遮挡移除或距离增加)，同时检测到挂线钩降低到设定高度，则挂线钩移除。

上述方法的改进如下：

(1)由接地针的倾斜角度、区间、加速度值以及麦克风信号，判定接地针承受敲击并下潜，通过加速度值、敲击次数、持续时间及麦克风信号，估算接地针的潜入地下深度，由此判定接地针的接地状态是否良好，同时结合接地端距离传感器26检测数值，将估算深度和接地端距离传感器26检测数值融合作为接地良好的判断结果。如果上述典型特征(接地深度)被破坏，则认为接电良好状态被移除。

采用加速度传感器记录接地针接地过程中的加速度数据计算接地深度存在问题：敲击过程中加速度容易超出传感器量程，同时对传感器采样频率有较高要求，采用普通的加速度传感器估算接地深度容易产生较大误差结果不准确，本专利的改进为采用麦克风24记录敲击过程中的声音振动传播波形，避免在加速度传感器超出量程时数据丢失，同时结合麦克风数据可以较准的估算出接地深度，其算法概括如下：

其中s(t)为麦克风记录敲击过程中声音振动随时间t变化的波形数据，a(t),θ(t)分别为加速度传感器和陀螺仪记录的加速度和角度随时间t变化的数据，f

(2)由挂线钩200的相对高度、倾斜角度、区间及加速度值，判定挂线钩已经挂接线缆且自然悬空，结合遮挡(或距离)传感器结果推理判定接电线挂接完成，如果上述典型特征被破坏则判定挂线钩200已移除。

通过以上软件算法的改进，优化传感器设计布置，增加对挂接最终状态、接地最终状态结果的判定，简化监测系统软件算法。同时对原专利算法进行改进，增加接地、挂接状态判定的准确度，简化人工智能算法所需要的测试训练。

本发明设计了一种临时接地线在现场使用过程中的状态监测设备和方法，更具体地说涉及临时接地线的操作顺序检测、接地线的接地状态检测和接地线的挂接状态检测。

在本发明中，将临时接地线视作一个有典型行为动作的物品，为其配置可拆卸式运行和行为检测模块(类可穿戴设备)来判定其状态，实现了检测设备与临时接地线在没有任何电气连接的情况下的检测，无需配置、即装即用。

本发明专利无需对已有的发电站、变电站、电力局及供电所等临时接地线管理场合进行大范围改造，可以继承使用已有的临时接地线，同时对已有检修作业流程无影响，作为一种无感的保障机制存在，有利于基层人员接受，便于在电力系统各个场所推广应用。

本发明提供的一种临时接地线状态检测设备和方法，具有以下优点：

(1)简化优化了传感器布置，增加对挂接最终状态、接地最终状态结果的判定，简化监测系统软件算法；

(2)增加麦克风传感器，作为监测接地线工作过程中的辅助传感器，可以记录接地敲击的全过程避免加速度传感器需要高速大量程才能够记录接地全过程，同时降低了模块成本，减小了模块体积；

(3)较之专利《接地线状态预警装置》(CN202010383208.1)，采用遮挡(或距离)传感器对挂接最终状态判定，减少对原有挂接杆的改动，减少机械设计难度，增加设备使用寿命；

(4)较之文献《基于物联网数据采集的携带型短路接地线监测系统研究》，本专利简化了传感器个数，优化了接地状态监测及判定算法，同时避免了文献中光线传感器在一些条件下不能工作等问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。