高壓開關(guān)柜帶電顯示器檢測工具的研制與應(yīng)用

勞錦富

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528300)

1 引言

高壓帶電顯示裝置用于電力系統(tǒng)中，能將高壓帶電體帶電與否的信號傳遞到發(fā)光或音響元件上，顯示或同時閉鎖高壓開關(guān)設(shè)備，起到防止設(shè)備電氣誤操作和保障人身安全的作用。高壓帶電顯示裝置傳感器按照信號采集方式，分為接觸式、感應(yīng)式和等電位式三種。接觸式高壓帶電顯示裝置由一個陶瓷電容為芯棒，利用電容分壓原理，在絕緣子低壓側(cè)抽取電壓作為指示燈的發(fā)光電源，普遍應(yīng)用于10～35kV高壓開關(guān)柜中。

在日常設(shè)備運(yùn)維工作中，經(jīng)常出現(xiàn)帶電顯示器無法正常顯示的問題，影響運(yùn)行人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷，大部分情況下(柜后帶電顯示器檢修等)需要將10kV線路進(jìn)行停電后，才能打開開關(guān)柜后門對帶電顯示器進(jìn)行檢修。導(dǎo)致帶電顯示器失效的常見原因有：

(1) 傳感器故障：可通過外觀檢查、測量電容值方法檢測；

(2) 整流器故障、接線錯誤：可通過萬用表通斷功能進(jìn)行測試；

(3) 帶電顯示器故障：目前只能通過配套對應(yīng)的傳感器，通過交流發(fā)生器產(chǎn)生10kV電壓模擬現(xiàn)場進(jìn)行檢測，工作量大、現(xiàn)場應(yīng)用不方便。

因此，大部分情況下檢修人員會在沒有進(jìn)行檢測的情況下直接更換帶電顯示器，只能待設(shè)備送電后才能確定缺陷是否消除。而由于線路問題、更換的備品質(zhì)量問題，導(dǎo)致消缺未完成的情況時有發(fā)生。此時，需要再次申請停電檢修，大大增加運(yùn)行、檢修人員的工作量并且嚴(yán)重影響供電的可靠性。另外，在日常工作或大修技改工程中會購置一批帶電顯示器作為更換的備品，備品到貨后只能通過外觀檢查方法進(jìn)行驗(yàn)收，缺乏有效的檢測途徑進(jìn)行抽樣檢查。

針對上述問題，為了避免重復(fù)停電，提高工作效率，研制一種便于攜帶的帶電顯示器檢測工具，可快速便捷地檢測帶電顯示器是否正常。

2 接觸式高壓帶電顯示裝置

圖1 帶電顯示裝置簡化原理圖

而根據(jù)帶電顯示器內(nèi)指示燈的指示方式，接觸式高壓帶電顯示裝置又可分為長亮型和閃爍型。其原理圖分別如圖2～3所示。

圖2 長亮型帶電顯示裝置

圖3 閃爍型帶電顯示裝置

長亮型帶電顯示裝置：高電壓經(jīng)傳感器分壓后取出低電壓直接輸入至帶電顯示器，電壓滿足指示燈工作要求時即可實(shí)現(xiàn)常亮，從而顯示高壓母線帶電情況。

閃爍型帶電顯示裝置：顯示器內(nèi)部可理解為若干氖泡串聯(lián)后再與電容并聯(lián)。高電壓經(jīng)傳感器分壓后取出低電壓，經(jīng)整流器輸出直流脈動電壓至帶電顯示器，即對顯示器內(nèi)部并聯(lián)電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到氖燈工作電壓時即釋放，氖燈閃亮一次，然后再進(jìn)行充電，以此重復(fù)實(shí)現(xiàn)指示燈的閃爍。

3 帶電顯示器檢測工具的研制

3.1 檢測工具的特點(diǎn)

(1) 可適用于不同廠家的長亮型、閃爍型帶電顯示器的檢測；

(2) 體積小、操作簡單，便于攜帶；

(3) 檢測工具輸入電壓為AC220V，方便在高壓室、辦公場所應(yīng)用。

3.2 設(shè)計方案

檢測工具箱體效果圖如圖4所示，其中包括4個模塊：

圖4 檢測工具設(shè)計方案

(1) 電源輸入模塊：用于連接外部AC220V電源；

(2) 輸出選擇模塊：包括長亮型和閃爍型檢測；

(3) 電壓監(jiān)測模塊：用于監(jiān)測輸出至帶電顯示器的電壓值；

(4) 連接模塊：用于將檢測工具與帶電顯示器連接。

3.3 電路圖設(shè)計

(1) 長亮型帶電顯示器檢測

通過上述帶電顯示裝置原理的概述，可知道長亮型的帶電顯示器工作時是通過電容分壓原理將高的母線電壓轉(zhuǎn)換成低的交流電壓輸入至帶電顯示器中。不同廠家的帶電顯示器其正常工作時的交流電壓不一，經(jīng)試驗(yàn)測試研究，在輸入AC10～150V之間即可實(shí)現(xiàn)有效的檢測。

為此，檢測工具在工作電源為AC220V下，通過可調(diào)變壓器，使其輸出可調(diào)整的電壓，再串聯(lián)一個限流電阻即可實(shí)現(xiàn)顯示器的檢測功能。其三相檢測電路原理圖如下圖所示，其中電壓表對于監(jiān)測實(shí)時輸出電壓。

圖5 長亮型帶電顯示器檢測電路圖

(2) 閃爍型帶電顯示器檢測

檢測工具輸入電壓為AC220V，若需要在此電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)顯示器的檢測，則需要調(diào)整串聯(lián)電容的大小(即改變高壓回路中傳感器的電容值)，使其充電電壓能同樣達(dá)到氖泡的工作電壓[2]。進(jìn)行試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，針對不同型號的帶電顯示器，通過匹配使用15-434nf的電容代替原本的傳感器，即可實(shí)現(xiàn)檢測功能。其測試波型如圖7所示。

圖6 閃爍型帶電顯示器測試波形

圖7 閃爍型帶電顯示器檢測電路圖

從上面分析可看出，通過串聯(lián)電容的選擇再經(jīng)過二極管的整流電路輸入至帶電顯示器即可實(shí)現(xiàn)檢測功能。其三相檢測電路圖如圖7所示。

4 檢測工具的應(yīng)用

4.1 檢測工具使用步驟

圖8 檢測工具面板

(1)確定檢測工具電源開關(guān)、空氣開關(guān)處于斷開狀態(tài)，電壓調(diào)節(jié)開關(guān)轉(zhuǎn)到最小輸出位置；

(2)將待檢測的帶電顯示裝置與高壓回路斷開；

(3)使用連接線將檢測工具的輸出端、接地端分別與帶電顯示器A、B、C任意一端和地端連接；

(4)將檢測工具接上AC220V電源；

(5)確定待檢測的帶電顯示裝置屬于閃爍型還是長亮型，如無法確定先以長亮型模式檢測，如果不亮則再以閃爍型模式檢測。

A.長亮型模式

合上電源開關(guān)、空氣開關(guān)，將模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“長亮型”，觀察帶電顯示器是否亮，如無反應(yīng)，慢慢調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)開關(guān)，并觀察萬用表，最高輸出電壓不得超過150V。若升至150V帶電顯示器依然不亮則說明帶電顯示器存在故障。

B.閃爍型模式

合上電源開關(guān)、空氣開關(guān)，將模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“閃爍型”，觀察帶電顯示器是否閃爍、光亮。如無反應(yīng)，依次調(diào)節(jié)電容切換開關(guān)。若調(diào)節(jié)到“4檔”帶電顯示器依然不亮則說明帶電顯示器存在故障。

(6)檢測完成后，將模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至中間檔，電容切換開關(guān)切換至“1檔”，斷開電源開關(guān)、空氣開關(guān)，拆除電源線后，再將連接線拆除。將所有工具、材料放回至保護(hù)箱內(nèi)。

4.2 檢測工具測試及現(xiàn)場應(yīng)用

通過研制的檢測工具應(yīng)用，截止目前，發(fā)現(xiàn)多起由于整流器損壞、導(dǎo)線接觸不良等原因引起的帶電顯示器不亮的缺陷，有效地提高現(xiàn)場工作效率，避免重復(fù)性停電。

(1) 備品測試：檢測工具制作完成后，對現(xiàn)有的帶電顯示器備品進(jìn)行檢測試應(yīng)用，經(jīng)測試，市場上的10kV開關(guān)柜帶電顯示器均能通過檢測工具實(shí)現(xiàn)檢測功能，如下圖所示：

圖9 檢測工具測試應(yīng)用情況(左為長亮型、右為閃爍型)

圖10 檢測工具現(xiàn)場應(yīng)用

圖11 帶電顯示器內(nèi)部接線

(2) 現(xiàn)場應(yīng)用1：某110kV變電站10kV電容開關(guān)柜帶電顯示器B相指示異常，通過使用檢測工具對帶電顯示器A相進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)A、B相指示燈均亮的異常情況。后測量傳感器、整流器、二次接線發(fā)現(xiàn)，A、B兩相整流器接線錯誤、B相二次接線存在接地等缺陷。

(3) 現(xiàn)場應(yīng)用2：對某廠家?guī)щ婏@示器進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)ABC三相均不能正常顯示，打開帶電顯示器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)其標(biāo)識的接地端在內(nèi)部電路中實(shí)際上為懸空狀態(tài)，若按照原帶電顯示器的接線方式A、B、C、GND端接線，帶電顯示器將會無法工作。

5 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了開關(guān)柜帶電顯示器檢測工具設(shè)計的原理、方案及使用方法。在日常變電運(yùn)維工作中，結(jié)合本工具的應(yīng)用可有效提高檢修工作效率。同時結(jié)合現(xiàn)場工具使用情況，提出下述建議：

(1) 檢測工具改進(jìn)：閃爍型帶電顯示器檢測中增加整流硅回路的選擇。即現(xiàn)場可選擇：檢測工具自帶整流硅直接檢測帶電顯示器或選擇不帶整流硅檢測柜內(nèi)的整流硅及帶電顯示器。

(2) 帶電顯示器改進(jìn)：現(xiàn)市場上開始出現(xiàn)拔插式的帶電顯示器，可不停電的情況下直接更換顯示元件[3]。有效減少設(shè)備停電，可進(jìn)行推廣及應(yīng)用。

(3) 通用性改進(jìn)：帶電顯示器尺寸、配套的傳感器大小規(guī)格不一致，導(dǎo)致變電所需要購置各種型號的備品，不方便運(yùn)維及管理?？梢?guī)范帶電顯示器的安裝孔尺寸、傳感器的大小及電容值，以加強(qiáng)其適配性。