寬電壓驗電器設計及原理分析

云南電網有限責任公司玉溪供電局 朱玉鑫 李本惠 湯 蓮

1 前言

目前現場運維人員使用的高壓驗電器均為固定電壓等級高壓驗電器，針對主變倒閘操作過程中，驗電環(huán)節(jié)需要更換兩個或三個相應電壓等級驗電器。驗電器自檢及報警時只有通過發(fā)出的“嘀嘀”聲進行判斷設備是否帶電，在嘈雜環(huán)境下受影響程度較大。

在變電站及同桿/塔雙回線路情況下，即使設備或線路已處冷備用狀態(tài)，但設備或線路仍然存在很高的感應電壓，過高的感應電壓值將對后續(xù)作業(yè)人員存在較大的安全風險。一個變電站或線路運維班配置了大量不同電壓等級的驗電器，致使安全工器具管理工作量劇增，工器具管理效率低下。

2 目前驗電器存在的不足

驗電器的設計原理是通過檢測流經驗電器的雜散電容到大地的電流來檢查設備和線路是否帶電的裝置。用于各種電力電壓等級，如：0.4kV、6.6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV 交流電壓直接接觸電試驗。啟動電壓：高壓電極由lm 空間中的金屬球組成。不應放置其他物體。驗電器的接觸電極應與交流電壓的高壓電極接觸，應接一個電極接地，高壓電極的電壓應隨著驗電器逐漸升高。當出現“聲光”指示等“電壓存在”信號時，記錄此時的啟動電壓值。如果U=（0.15～0.4）UE 之間，則通過。

運維人員在使用驗電器前，應檢查操作設備的電壓等級是否與所選驗電器電壓一致，否則可能危及運維人員的人身安全或設備損壞。電氣試驗時，操作者必須戴絕緣手套，手不能超過罩護環(huán)。首先在相應電壓等級的帶電設備上進行測試，以驗證驗電器的良好性能，然后在電氣測試設備上進行電氣測試。在操作過程中，驗電器接觸設備的導電部分。電氣測試時，若無聲光指示，則判斷設備未帶電。如設備已上電，則發(fā)出“嘀嘀”聲。

此外，風車式儀器只能在室內或室外天氣良好情況下使用，禁止在雨雪等天氣情況下使用。目前國內聲信號儀器最發(fā)達，對電敏感度高，無論陽光、噪音、日夜在外；抗干擾性高，內部過電壓保護，溫度自動補償，全電路自控功能；內置電子自動開關，集成電路屏，確保集成電路在高壓、強電場條件下安全可靠地運行；產品報警時發(fā)出“勿靠近，電擊雷暴”的警告聲，簡潔清晰，避免員工操作不當，確保人身安全；檢測儀器外殼一般采用ABS 工程塑料用玻璃鋼環(huán)氧樹脂制成，伸縮桿采用玻璃鋼制成；產品結構單一，便于存放。然而，在干燥環(huán)境中需要保留的長時間也可能因老化而惡化，這是下一步需要改進的工作[1]。重要的是要指出，目前國內存在著迫使生產商放棄開發(fā)和其他因素的技術條件。

寬電壓范圍驗電器是目前亟待解決的問題。由于單量程驗電器使用時如選用不匹配的電壓等級，將導致不能正確驗電，甚至造成人員傷亡等事故的發(fā)生。因此，通過電路設計實現自適應電壓等級驗電器，同時對驗電的設備及線路進行電壓顯示，避免了作業(yè)人員未正確使用適應電壓等級驗電器造成的風險。

本文介紹一種智能無線寬壓高壓驗電器，可在380V 至220kV 電壓范圍內驗證設備或線路的電壓情況。通過自適應電路的設計，無需根據測試電壓等級選擇相同電壓等級的驗電器，大大減少了常規(guī)驗電器頻繁更換的不便，提高了工作效率，同時對驗電設備或線路實時電壓情況通過手持式終端進行顯示，降低了作業(yè)人員的安全風險。

3 功能設計

基于該驗電器可驗的最高電壓等級為220kV，配合驗電器絕緣桿采用220kV 電壓等級耐壓及長度進行設計，同時驗電探測器可匹配站內絕緣操作桿進行使用，運行人員可根據所需驗電的電壓等級選擇絕緣操作桿的長度及節(jié)數。

驗電電壓范圍為：380V-220kV，通過互感器電路對測試的電壓、電流進行采樣，對不同的電壓等級通過高壓探測器探鉤內置自適應電壓等級電路，并通過藍牙靜默狀態(tài)傳輸方式傳輸至手持接收器顯示屏進行電壓、電流實時顯示。

手持接收機的顯示屏上顯示相應的工作電壓，并以數字方式顯示相應的工作電壓和電流值，以提醒操作者驗電器當前的工作電壓環(huán)境。

如高壓檢測器內置電池電壓在7.1V-7.3V 范圍時，綠色電源指示燈閃爍；當手持式接收器的電壓在4.7V-4.9V 時，顯示屏出現“”，電池電壓低請及時更換電池，保證驗電器正常工作和使用。

高壓檢測儀具有聲光報警功能，電氣檢測時紅色雙閃燈指示及“嘟-嘟-嘟”蜂鳴器。

數據存儲功能：當接收器在接收模式下保存高壓檢測器發(fā)送的電壓數據時，接收器自動編號并存儲當前的數據，存儲過程中標記閃爍一次?？梢源鎯?9組數據字節(jié)。當存儲容量滿時，指示燈持續(xù)閃爍。此時，必須在存儲之前革除內存。

數據查詢：手持式接收器在接收模式工作時，可進入數據查閱模式，并同時自動顯示存儲的數據。

4 結構及使用

寬電壓驗電器由手持式接收器、高壓探測器、伸縮絕緣桿三部分組成，運維人員驗電操作時使用絕緣桿連接高壓探測器，使高壓探測器金屬部分與裸導線或設備接觸，探測器通過內置電路自動適應測試設備電壓等級并將其電壓、電流值進行采樣，通過藍牙無線信號傳輸至手持接收器顯示屏上，作業(yè)人員在地面通過查看手持接收器上的電壓、電流數值，進行判斷設備或線路是否帶電。操作簡單方便、同時避免了在嘈雜環(huán)境下無法聽到驗電器蜂鳴聲而導致的作業(yè)風險。藍牙無線信號具備30米的有效傳輸距離，高壓探測器下方安裝了紅色LED 燈、蜂鳴器對帶電設備進行聲光報警，使整個驗電操作更安全、高效。

4.1 接收器開關機

單擊POWER 鍵，手持接收器將處于啟動狀態(tài)，LCD 顯示器中將顯示接收頁面。單擊POWER鍵，手持接收器將處于關機狀態(tài)。如果在啟動狀態(tài)下LCD 顯示器在黑色畫面上持續(xù)閃爍，可能會導致電池電壓不足。請更換電池后使用。手持接收器在15分鐘后指示LCD 顯示器持續(xù)閃爍，手持接收器自動關機，LCD 顯示器在持續(xù)閃爍30秒后自動進入關機狀態(tài)，同時減少電池消耗功率。LCD 持續(xù)閃爍時，可按POWER 鍵使手持機繼續(xù)操作。

4.2 探測器開關機

按POWER 鍵開機，POWER 指示燈亮，探測器進入測試模式，然后按POWER 鍵關機，如果開機后POWER 綠色指示燈閃爍或變暗，可能是電池電壓低，請調換電池。探測器將在開啟15min 后自動關閉，以減少電池消耗。

4.3 數據保持

圖1 顯示屏示意圖

4.4 數據存儲

如果在接收機處于接收模式時按HOLD 鍵，數據將被保留，接收機將自動編號并保存當前保留的數據。保存過程中的“mem”符號閃爍一次。接收器可存儲99組數據。當存儲空間已滿時，“FULL”符號將繼續(xù)閃爍。要再次使用內存時需要清除它。

4.5 數據查閱

當接收機處于接收模式時，按hold 鍵+power鍵進入數據訪問模式，顯示“Mr”符號，并自動顯示存儲的第01組數據。然后按下保持鍵或電源鍵，向上或向下循環(huán)存儲的數據。翻轉最后一組存儲數據時，它將自動返回到第一組數據。長按電源鍵（超過3秒）退出數據查詢模式并返回到接收數據模式。退出時顯示“結束”符號。

4.6 數據刪除

在數據存取模式下，按住保持鍵和電源鍵清除所有存儲的數據并返回接收數據模式。數據擦除過程中顯示“del”符號。

4.7 無線接收

接收器接收到探測器發(fā)送的信號后，顯示探測器測到的電壓值。若接收器沒有收到發(fā)射信號則動態(tài)顯示“no—”符號。

4.8 驗電測試

操作人員需具備操作資格，操作人員必須嚴格遵守安全工作規(guī)程操作要求，否則有觸電的風險，造成人身傷害或設備損壞。高壓驗電操作，絕緣操作桿需處于完全拉伸狀態(tài)，操作人員手不得超過護環(huán)。不能進行超過220kV 電壓范圍的驗電操作，否則有電擊風險，致人身傷害或設備損壞。

連接探測器的絕緣棒，啟動探測器。如果接收器和探測器之間的通信正常，則接收到的電壓值將正常顯示。如果接收器未接收到傳輸信號，“否”符號將動態(tài)顯示。將探測器掛鉤掛在相應的高壓架空線（裸露部分）上，并接觸高壓。探測器檢測到電壓后，發(fā)出“嘀嘀”提示音，電源檢查指示燈持續(xù)閃爍，表示有電，被檢測到的電壓接地，電壓值（相對地）發(fā)送到接收器。注意：探頭鉤必須與測試電纜金屬連接，中間沒有絕緣部分，以確保準確的電壓指示。

5 原理分析

驗電器原理如圖2所示。圖2顯示了一個金屬球，它與一根金屬柱相連，金屬柱穿過一個橡膠塞，橡膠塞的底部掛著兩層薄薄的金屬箔，密封在玻璃瓶里。測量時，測量儀器的工人將其與金屬球接觸，如果設備有電壓，就有一部分電荷傳遞到兩層薄薄的金屬箔中，金屬箔因具有相同的電荷相互排斥而被拉伸的地方，電荷越大，轉彎角越大；如果設備不帶電，則金屬箔未帶同種電荷不動[2]。

圖2 驗電器原理圖

確定設備帶電時，有必要確定設備所攜帶的電荷類型。只需將帶電體與金屬球接觸即可打開金屬箔。然后，確定具有足夠正電荷的被測物體和接觸驗電器的金屬球。如果金屬箔的開口角比之前大，則表明帶電體帶正電荷；相反，如果金屬箔的開口角與金屬箔之間的角度相比減小，或者先閉合后打開，則表明帶電體帶負電。綜上所述，當向帶電體添加相同的電荷時，電荷量增加；當帶電體增加非均勻電荷時，電荷量減少[3]。

通過開關量檢測電路，檢測所測電壓、電流，再通過算法處理單元進行識別所測電壓等級，將所測的電壓、電流數值通過藍牙傳輸至手持終端顯示器進行顯示。

使用一對一的串口藍牙數據通訊傳輸。內置藍牙設備在設計過程中預先匹配，并設置兩個藍牙設備之間的配對信號。主從終端預存了從終端設備的PIN 碼、地址等信息。主從終端設備上電后，會自動建立連接并通過透明串口傳輸。無需外部電路設計干預。從設備僅與指定的主設備通信，其他藍牙設備將找不到該設備。

6 結語

寬電壓等級驗電器的使用減少倒閘操作中驗電環(huán)節(jié)需頻繁更換常規(guī)驗電器，操作時避免攜帶多個驗電器。降低了運維人員的勞動強度，也降低了工具的采購成本和管理成本。在多電壓停電試運行中，可自動適應電壓等級進行通電測試，減少了替代常規(guī)驗電器的操作時間。可自行根據驗電設備電壓等級配置絕緣操作桿，適應不同電壓等級、不同設備場景的驗電需求，減少運行人員的過多操作，從而提高工作效率。且方便攜帶和存放及管理，還具有安全性高、結構簡單的特點、實現驗電設備或線路。

變電站或線路運維團隊僅需裝備一臺或兩臺寬電壓驗電器即可滿足日常運維工作要求。容易攜帶、使用和管理，適合郊野作業(yè)環(huán)境或多電壓等級的設備驗電場景。對提高現場工作效率及現場作業(yè)安全、工作管理有很大幫助。