新型高壓帶電顯示裝置的設(shè)計與實現(xiàn)探究

劉宗良++俞戍++姚棟

摘 要：本文簡要介紹了新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)組成，在此基礎(chǔ)上對新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)進行研究，最后對新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)的應用進行分析。

關(guān)鍵詞：新型高壓帶電顯示裝置；系統(tǒng)設(shè)計；系統(tǒng)實現(xiàn)

引言

隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快，高壓進入市區(qū)，直接深入負荷中心，環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。目前大部分開關(guān)設(shè)備上都安裝了高壓帶電顯示裝置，大部分為無源提示型帶電顯示裝置，少部分為有源提示型或強制閉鎖型，在環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備上幾乎全部是無源提示型產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的存在和使用，為操作人員直觀觀察高壓設(shè)備的帶電狀況提供了可用的手段，有著積極地意義。

一、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)組成

（一）關(guān)鍵技術(shù)

本設(shè)計無外接電源，僅有傳感器的輸出信號，且傳感器輸入信號根據(jù)傳感器類型從幾十到幾百微安不等，為了完成帶電顯示和閉鎖功能，需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)：①從傳感器輸入信號中獲取電源；②微弱電流點亮LED；③微弱電流驅(qū)動閉鎖元件完成閉鎖功能；④模擬高壓環(huán)境進行測試。

（二）系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，高壓帶電顯示裝置由三個傳感器和一個顯示器經(jīng)導線連接組成。

帶電顯示和強制閉鎖均受同一高壓信號所控制，但電路系統(tǒng)又是相互獨立、互不干擾。傳感器共三支，分別對應“A，B，C”三相帶電體，它采集高壓帶電體的信號，并傳送給顯示裝置進行比較判斷。顯示裝置接收到傳感器輸出的交流電流信號后，經(jīng)信號輸入處理電路將信號分為兩個部分。

二、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

（一）信號輸入電路設(shè)計及實現(xiàn)

信號輸入接口電路是顯示裝置與傳感器的聯(lián)系電路。當高壓線路帶電時，裝置從傳感器接入的信號是50Hz的交流電流信號。發(fā)光二極管有正負極之分，因此不能直接使用這個信號來驅(qū)動發(fā)光二極管，此外，閉鎖驅(qū)動電路采用數(shù)字電路，也需要驅(qū)動源，因此需要對其進行處理。設(shè)計上使用整流器對信號進行處理。整流器是將方向、大小時時在變的交流電，變?yōu)榉较虿蛔?、大小在變的單向脈動電。變?yōu)閱蜗蛎}動電之后，就可以用來驅(qū)動發(fā)光二極管了。再經(jīng)過濾波電路、穩(wěn)壓電路，將脈動電變?yōu)榇笮〔蛔兊闹绷麟姟＿@樣的直流電就可以提供給驅(qū)動數(shù)字電路完成閉鎖功能了。

（二）帶電顯示功能的設(shè)計及實現(xiàn)

從功能上考慮，由于傳感器的電流微弱，直接用它來驅(qū)動發(fā)光器件的話，顯示的亮度不高，可視度不好，起不到帶電提示的作用，因此帶電顯示功能的實現(xiàn)采用蓄電點燈的方式。當由整流模塊產(chǎn)生的電壓低于儲能電容兩端的電壓時，儲能電容處于充電狀態(tài)，此時能量泄放管呈高阻抗，用作帶電顯示的發(fā)光二極管不亮；當儲能電容兩端的電壓大于能量泄放管的導通電壓時，能量泄放管導通，此時儲能電容通過由能量泄放管，限流電阻，以及發(fā)光二極管構(gòu)成的放電回路放電，從而發(fā)光二極管點亮；當儲能電容C兩端的電壓不足以維持能量泄放管導通時，儲能電容結(jié)束放電，繼而轉(zhuǎn)入充電狀態(tài)，準備下一次放電點亮發(fā)光二極管。

（三）閉鎖功能的設(shè)計即實現(xiàn)

本設(shè)計選擇了SUPERTEX公司生產(chǎn)的耗盡型N-MOSFET DN5A。其擊穿電壓為90V，可以滿足目前大多數(shù)自帶電源的電磁鎖。閉鎖元件需要電源才能完成預定的動作。在本設(shè)計中，閉鎖電源來自于傳感器的輸出。該信號是頻率為50Hz的交流電。閉鎖輸出用于為閉鎖機構(gòu)提供信號，采取無源負驗電方式。即當高壓設(shè)備帶電時，閉鎖輸出正和閉鎖輸出負之間為高阻狀態(tài)，對于閉鎖機構(gòu)來說相當于“斷開”；當高壓設(shè)備不帶電時，閉鎖輸出正和閉鎖輸出負之間為低阻狀態(tài)，對于閉鎖機構(gòu)來說相當于“短接”。

三、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)應用

（一）解決的技術(shù)問題

由于現(xiàn)有的高壓帶電顯示閉鎖裝置的尺寸比較大，受現(xiàn)場環(huán)境及空間限制，有時會與其他裝置干涉而導致難以安裝，致使產(chǎn)品不能有效的大面積推廣使用。本裝置以此為出發(fā)點，在設(shè)計上采用與單軸電腦鑰匙配合使用進行通信，大大減小了裝置的外形尺寸，使得裝置小巧而靈活，可以適合于更多現(xiàn)場的安裝和使用，且操作更加簡單、可靠。另外現(xiàn)有的探針接觸方式更加可靠有效，避免了原有電腦鑰匙與裝置接觸不良。

（二）實現(xiàn)方案

原有方案使用雙軸電腦鑰匙與高壓裝置進行通信，鑰匙接口部分的區(qū)域尺寸占比比較大，導致整個裝置的的空間也需要相應的增大，現(xiàn)場安裝不方便；其次，電腦鑰匙與裝置的的通信時通過電腦鑰匙兩側(cè)的電極與裝置鑰匙接口部分的左右電極的接觸來實現(xiàn)，存在虛接觸與假接觸不良的現(xiàn)象。

新型高壓帶電顯示裝置有效減小了裝置尺寸、使之更加靈活而適應現(xiàn)場安裝；取消了原有的雙軸電腦鑰匙，使得裝置使用更加可靠而操作簡單。當電腦鑰匙使用時，將鑰匙解鎖頭部分插入高壓裝置的鑰匙接口，解鎖頭兩側(cè)的電極將會和裝置內(nèi)的探針接觸并由一定的壓迫，利用探針的回彈性，可以保持兩者的有效接觸，保證通信的可靠性。帶有單孔鑰匙接口的方形外形，分上蓋和底蓋兩部分。產(chǎn)品尺寸更加小巧、能夠應用于更多的現(xiàn)場：改變了原有裝置尺寸過大而不能適用于更多現(xiàn)場的問題，能夠靈活安裝適用。操作更簡單、通信更加可靠：原有裝置的通信需要靠雙軸電腦鑰匙的雙孔來定位和接觸、操作時需要雙孔定位，且容易摔壞?，F(xiàn)有裝置采用單孔，定位簡單、容易；并通過探針與單軸電腦鑰匙兩側(cè)的電極進行通信，當電腦鑰匙插入鑰匙接口孔之后，探針回彈將與電極有效接觸，避免了原有設(shè)計的可能的虛接觸和假接觸的不良。

結(jié)語：

總而言之，電力系統(tǒng)的工作環(huán)境以及人為操作環(huán)境哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都會對運行操作人員造成嚴重的人身傷害或?qū)υO(shè)備造成損毀，所以，電力行業(yè)安全化建設(shè)越來越重要。本裝置的實施和推廣應用可以杜絕人為操作事故的隱患，保證操作者的人身安全和設(shè)備的運行安全，可為國家節(jié)省電力設(shè)備直接經(jīng)濟損失和因電力事故而造成的其它行業(yè)經(jīng)濟損失，具有極大的社會經(jīng)濟效益。

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