一种基于物联网的电气型智能接地装置

技术领域

本发明涉及电力智能设备技术领域，尤其是一种基于物联网的电气型智能接地装置。

背景技术

电力系统设备检修时，通常需要将电气型接地线安装在设备工作地段两端的线路上，以防止突然来电，对工作人员带来安全隐患。在检修结束后、设备开始送电前，电力系统调度必须确保全部接地线已经拆除，否则将导致带电合闸恶性误操作，危及电网、人身、设备安全。此外，在检修过程，如果接地线挂接不可靠，无法实现可靠接地，如果此时电网送电或用户发送电，也将给检修人员带来安全隐患。

传统接地线仅为机械装置，不具备任何信息化功能，其安装位置、挂接状态等信息无法通过数字化、信息化手段采集和传输，也无法与调度自动化系统防误操作功能实现数据互联，无法实现带电合闸恶性误操作的自动闭锁。电力系统调度在操作前，只能完全根据现场人员汇报进行接地线状态核实，存在现场工作人员漏拆、漏报接地线的重大隐患。一旦出现漏拆、漏报，电力系统调度操作时因无法及时感知闭锁，极可能导致恶性误操作。同时，如果因为挂接过程不可靠，工作人员在操作时，如果线路突然来电，接地线无法起到保护作用，将对工作人员带来严重的安全隐患。

因此，开展具备信息化功能的电气型智能接地装置，对于提高线路检修过程的安全可靠，具有重要的意义。

发明内容

本发明提出一种基于物联网的电气型智能接地装置，能对传统的接地线进行数字化、智能化改造，提升可靠性和安全性。

本发明采用以下技术方案。

一种基于物联网的电气型智能接地装置，所述接地装置包括设于绝缘接地杆（11）顶部的控制箱（7）和接地夹；所述接地夹包括U型金属块、接地夹紧螺杆（9）、行程开关（15）和弹性件；所述U型金属块的U形口朝向水平方向，U形口中设有含行程开关（15）、金属方块和弹性件的方形金属管，接地夹紧螺杆从U型金属块的下侧臂处穿入，其顶部与金属方块相连，底部固定于绝缘接地杆顶端，随绝缘接地杆旋转而同步旋转，经金属方块驱动方形金属管向U型金属块的上侧管移动以夹紧需接地线路，该夹紧过程中，需接地线路压迫方形金属管顶面处的弹性件，使弹性件弹力触发金属方块处的行程开关以改变其开关量；

所述控制箱内的中央处理器模块（14）与行程开关相连以获取其开关量；

所述控制箱的金属壳体处设有用于穿置等电位连接导线的过孔，所述等电位连接导线的一端与金属壳体相连，另一端与接地夹的接线端子相连，形成可经接地夹连至地线的等电位连接；等电位连接线处设有与中央处理器模块相连的漏电流传感器（18）。

所述控制箱壳体处设有用于安装通信天线的通孔；所述通信天线（2）与控制箱内的4G通讯模块、GNSS模块相连；

所述中央处理器模块集成有4G通讯模块、GNSS模块、声光报警模块和电源模块。

所述中央处理器模块经4G通讯模块与远端服务器相连，当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于闭合状态时，向远端服务器发送挂接良好信息；当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于非闭合状态时，向远端服务器发送挂接异常信息；当中央处理器模块经漏电流传感器检测到接地装置的接地导线内存在电流时，向远端服务器发送电流异常信息。

所述中央处理器经GNSS模块获取接地装置当前的地理坐标信息和高度信息，并将该部分信息经4G通讯模块上传至远端服务器。

远端服务器获取的接地装置当前的地理坐标信息和高度信息，用于在检修时作为判断接地装置安装是否正确的依据，并在检修后用于检查是否存在漏拆的接地装置。

所述控制箱内设有电源模块；电源模块包括供电电路和设于中央处理器模块处的可充电的电池（17），电池的充电电路集成于中央处理器模块处，外部电源通过中央处理器模块的USB接口向电池充电，所述电池经供电电路对所述中央处理器模块供电。

所述控制箱的金属壳体为铝壳（3）；控制箱的上部设有可拆卸上盖（12），当可拆卸上盖卸下后，可直接对中央处理模块进行检查和维修；控制箱内设有接线端子（16）；控制箱的底部为铝盒底盖（19）；

所述接地夹为平口螺旋型接地夹；行程开关经穿置于行程开关通信线通孔（13）处的行程开关电气连接线（8）与中央处理器模块相连，行程开关电气连接线接口设于控制箱金属壳体顶面；

所述U型金属块为U型铝块（1）；金属方块为铝方块（6）；弹性件为接地夹的内置弹簧（4）；方形金属管为方形铝管（5）。

接地夹紧螺杆顶部通过销钉（7）与金属方块间柔性连接。

所述接地装置还包括与中央处理器模块相连的声光报警模块，当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于非闭合状态，或是当漏电流传感器检测到接地装置的接地导线内存在电流时，所述声光报警模块报警。

一种基于物联网的电气型智能接地装置的接地操作方法，用于对传统的接地线操作进行数字化、智能化改进，使用以上所述的接地装置，所述方法包括以下步骤；

步骤A1、在进行接地操作时，首先接地装置进行自检，若自检出现异常则触发中央处理器的声光报警模块，发出报警信号；

步骤A2、确认接地装置可以正常工作后，使用接地装置对线路进行接地操作；接地装置在获取电池电量和GNSS信息之后，开始进行漏电流检测；当漏电流传感器检测到电流，则判定需要接地的线路带电，触发中央处理器模块的声光报警模块，发出报警信号，提醒现场工作人员勿进行检修作业，重新检查线路，并进行分闸操作，使线路掉电；

步骤A3、当检测到线路不带电后，中央处理器模块进一步通过行程开关的信号判断接地线挂接状态，如果需要接地的线路未触发行程开关，则触发中央处理器模块中的声光报警模块，发出报警信号，提醒工作人员检查接地夹子的紧固程度，确保接地可靠性；

上述步骤的操作，中央处理器模块将可检测的信号实时记录，通过主机中央处理器模块的4G通讯模块上传到远端的云服务器，在云服务器处在线实时显示接地线操作的状态。

本发明的优点在于：

1.本申请方案提出的电气型智能接地装置适合用于电气设备检修场合，设备线路通常是扁铁形式，现有技术方案主要是针对线路检修使用，使用场合不同，且所申请方案紧固只需要通过旋转绝缘接地杆即可，不存在触电风险，现有技术方案紧固需要对接地夹进行旋转操作，存在安全隐患。

2. 本申请方案提出采用带机械触点式行程开关的平口螺旋型接地夹，机械触点式行程开关寿命可达200万次，且位于方形铝管内，耐磨程度很高且信号仅为开关量，与现有技术方案设有压力传感器的接地夹相比，具有更高的可靠性和实用性，以及更长的使用寿命。

3.采用低成本的漏电流传感器方案来实现设备的带电检测，与现有技术方案的近电场感应器相比，具有更低的成本、更强抗干扰能力、更好的可靠性。

4.本申请方案的中央处理器模块及其铝壳与平口螺旋型接地夹采用等电位连接方式，与现有技术方案相比，具有装配件数量少、固定简单、电磁屏蔽效果好等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1a是本发明所述接地装置的外部示意图；

附图1b是本发明所述接地装置的立体示意图；

附图1c是本发明的控制箱内的示意图；

附图1d是本发明的控制箱内的另一示意图；

附图1e是本发明的中央处理器模块的示意图；

附图2为中央处理器模块的结构示意图；

附图3是本发明工作时的流程示意图；

图中：1.U型铝块；2.通信天线；3.铝壳；4.内置弹簧；5.方形铝管；6.铝方块；7.销钉；8.行程开关电气连接线；9.接地夹紧螺杆；10.等电位连接导线；11.绝缘接地杆；12.可拆卸上盖 ；13.行程开关通信线通孔；14.中央处理器模块；15.行程开关；16.接线端子；17.电池；18.漏电流传感器；19.铝盒底盖。

具体实施方式

如图所示，一种基于物联网的电气型智能接地装置，所述接地装置包括设于绝缘接地杆11顶部的控制箱7和接地夹；所述接地夹包括U型金属块、接地夹紧螺杆9、行程开关15和弹性件；所述U型金属块的U形口朝向水平方向，U形口中设有含行程开关15、金属方块和弹性件的方形金属管，接地夹紧螺杆从U型金属块的下侧臂处穿入，其顶部与金属方块相连，底部固定于绝缘接地杆顶端，随绝缘接地杆旋转而同步旋转，经金属方块驱动方形金属管向U型金属块的上侧管移动以夹紧需接地线路，该夹紧过程中，需接地线路压迫方形金属管顶面处的弹性件，使弹性件弹力触发金属方块处的行程开关以改变其开关量；

所述控制箱内的中央处理器模块14与行程开关相连以获取其开关量；

所述控制箱的金属壳体处设有用于穿置等电位连接导线10的过孔，所述等电位连接导线的一端与金属壳体相连，另一端与接地夹的接线端子16相连，形成可经接地夹连至地线的等电位连接；等电位连接线处设有与中央处理器模块相连的漏电流传感器18。

所述控制箱壳体处设有用于安装通信天线的通孔；所述通信天线2与控制箱内的4G通讯模块、GNSS模块相连；

所述中央处理器模块集成有4G通讯模块、GNSS模块、声光报警模块和电源模块。

所述中央处理器模块经4G通讯模块与远端服务器相连，当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于闭合状态时，向远端服务器发送挂接良好信息；当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于非闭合状态时，向远端服务器发送挂接异常信息；当中央处理器模块经漏电流传感器检测到接地装置的接地导线内存在电流时，向远端服务器发送电流异常信息。

所述中央处理器经GNSS模块获取接地装置当前的地理坐标信息和高度信息，并将该部分信息经4G通讯模块上传至远端服务器。

远端服务器获取的接地装置当前的地理坐标信息和高度信息，用于在检修时作为判断接地装置安装是否正确的依据，并在检修后用于检查是否存在漏拆的接地装置。

所述控制箱内设有电源模块；电源模块包括供电电路和设于中央处理器模块处的可充电的电池17，电池的充电电路集成于中央处理器模块处，外部电源通过中央处理器模块的USB接口向电池充电，所述电池经供电电路对所述中央处理器模块供电。

所述控制箱的金属壳体为铝壳3；控制箱的上部设有可拆卸上盖12，当可拆卸上盖卸下后，可直接对中央处理模块进行检查和维修；控制箱内设有接线端子16；控制箱的底部为铝盒底盖19；

所述接地夹为平口螺旋型接地夹；行程开关经穿置于行程开关通信线通孔13处的行程开关电气连接线8与中央处理器模块相连，行程开关电气连接线接口设于控制箱金属壳体顶面；

所述U型金属块为U型铝块1；金属方块为铝方块6；弹性件为接地夹的内置弹簧4；方形金属管为方形铝管5。

接地夹紧螺杆顶部通过销钉7与金属方块间柔性连接。

所述接地装置还包括与中央处理器模块相连的声光报警模块，当中央处理器模块经开关量判定行程开关处于非闭合状态，或是当漏电流传感器检测到接地装置的接地导线内存在电流时，所述声光报警模块报警。

一种基于物联网的电气型智能接地装置的接地操作方法，用于对传统的接地线操作进行数字化、智能化改进，使用以上所述的接地装置，所述方法包括以下步骤；

步骤A1、在进行接地操作时，首先接地装置进行自检，若自检出现异常则触发中央处理器的声光报警模块，发出报警信号；

步骤A2、确认接地装置可以正常工作后，使用接地装置对线路进行接地操作；接地装置在获取电池电量和GNSS信息之后，开始进行漏电流检测；当漏电流传感器检测到电流，则判定需要接地的线路带电，触发中央处理器模块的声光报警模块，发出报警信号，提醒现场工作人员勿进行检修作业，重新检查线路，并进行分闸操作，使线路掉电；

步骤A3、当检测到线路不带电后，中央处理器模块进一步通过行程开关的信号判断接地线挂接状态，如果需要接地的线路未触发行程开关，则触发中央处理器模块中的声光报警模块，发出报警信号，提醒工作人员检查接地夹子的紧固程度，确保接地可靠性；

上述步骤的操作，中央处理器模块将可检测的信号实时记录，通过主机中央处理器模块的4G通讯模块上传到远端的云服务器，在云服务器处在线实时显示接地线操作的状态。

本例中绝缘接地杆用于手持，操作人员通过旋转绝缘接地杆来使接地夹紧螺杆转动，以驱动接地夹内的铝方块移动，以夹紧需接地的线路。

实施例：

本例中，基于物联网的电气型智能接地装置，包括：带有U型铝块、铝方块、接地夹紧螺杆、销钉、行程开关、方形铝管、内置弹簧的平口螺旋型接地夹，带有GNSS、4G通讯、声光报警、电源管理的中央处理器模块，电池，铝壳，漏电流传感器，绝缘接地杆，连接导线及接线端子；其中，所述行程开关安装与方形铝管内，固定于铝方块上，所述的内置弹簧放置于铝方块和方形铝管之间，所述中央处理器模块安装于铝壳内，所述铝壳、连接导线通过接线端子安装于平口螺旋型接地夹，为等电位连接。

本例中，平口螺旋型接地夹，由U型铝块、铝方块、接地夹紧螺杆、销钉、行程开关、方形铝管、内置弹簧构成，接地夹紧螺杆一端与铝方块通过销钉柔性连接，一端与绝缘接地杆刚性连接。旋转绝缘接地杆可带动接地夹紧螺杆使得铝方块上下移动，铝方块通过内置弹簧带动方形铝管上下移动，当旋转绝缘接地杆带动接地夹紧螺杆使得方形铝管上移，直至设备线路刚好与平口螺旋型接地夹和方形铝管接触，设备进入预夹紧状态，此后继续旋转绝缘接地杆，铝方块继续上移，方形铝管不动，内置弹簧压缩，从而将设备线路紧固于平口螺旋型接地夹、方形铝管之间。由于弹簧压缩，固定与铝方块的行程开关闭合，可以通过检测该行程开关的状态来监测接地装置的挂接状态。

本例中，中央处理器模块安装于铝壳内，同时，铝壳内还包括连接导线、漏电流传感器、接线端子和电池；铝壳上盖带有一个导线通孔，行程开关电气连接线通过此通孔连接到中央处理器模块；铝壳上盖带有一个通信天线通孔，4G、GNSS的通信天线通过此通孔与中央处理器模块连接；铝壳上盖为可拆卸上盖，方便工作人员对中央处理模块进行检查和维修；铝壳下盖有一个连接导线过孔，连接导线通过此过孔连接到铝壳；铝壳、连接导线通过接线端子安装于接地夹上，实现等电位连接；需要注意的是，连接导线上装有漏电流传感器，并与中央处理器模块电气连接；电池安装与中央处理器模块上，用于为中央处理器模块供电，中央处理器模块上还集成了电池的充电电路。

本例中，行程开关用于判断接地线的挂接状态，如果中央处理器模块检测到行程开关可靠闭合，则可判断挂接良好，并通过4G网络向服务器上报挂接良好信息；如果未检测到行程开关闭合，中央处理器触发声光报警模块，发出声光报警信号，并通过4G网络向服务器上报挂接异常信息。

当本例用于对传统的接地线进行数字化、智能化改造时，在进行接地操作时，首先接地装置进行自检，若自检出现异常则触发中央处理器的声光报警模块，发出报警信号，在确认接地装置可以正常工作后，可使用接地装置对设备进行接地操作。当需要接地的设备带电时，漏电流传感器检测到电流触发中央处理器的声光报警模块，发出报警信号，提醒现场工作人员勿进行检修作业，重新检查设备，并进行分闸操作，使设备掉电；当检测到设备不带电后，进一步通过行程开关的信号判断接地线挂接状态，如果需要接地的线路未触发行程开关，则触发中央处理器模块中的声光报警模块，发出报警信号，提醒工作人员检查接地夹子的紧固程度，确保接地可靠性。上述所有的操作，该智能接地装置的中央处理器模块都可将检测的信号实时记录，通过中央处理器模块的4G通信模块上传到云服务器，云服务器可在线实时显示接地线的状态。