基于高效高質(zhì)驗(yàn)電的多功能驗(yàn)電器的研發(fā)及應(yīng)用

李靈勇

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局）

0 引言

《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力安全工作規(guī)程》明確指出，要規(guī)范使用驗(yàn)電器，在驗(yàn)電前先驗(yàn)證驗(yàn)電器性能情況，然后在停電設(shè)備上進(jìn)行驗(yàn)電。而目前電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)所使用的驗(yàn)電器多為聲光驗(yàn)電器，與電力安全工作規(guī)程關(guān)于驗(yàn)電要求方面存在一定矛盾，也增加了電力作業(yè)人員驗(yàn)電時(shí)的人身威脅，影響驗(yàn)電時(shí)的作業(yè)的可靠性。設(shè)計(jì)多功能新型驗(yàn)電器，服務(wù)于高效高質(zhì)驗(yàn)電，筑牢安全生產(chǎn)防線是當(dāng)務(wù)之急。

1 驗(yàn)電器應(yīng)用介紹

驗(yàn)電器是一種用來檢查電壓線路和電力設(shè)備是否帶電的工具，是電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)用電作業(yè)必備的安全工具，常用于檢測0.1～500kV線路或設(shè)備是否帶有運(yùn)行工頻電壓，以確保在停電檢修時(shí)工作人員的人身安全［1］。驗(yàn)電器上部是一金屬板或金屬球，它和金屬桿相連接，金屬桿穿過橡皮塞，其下端掛兩片極薄的金屬箔，封裝在玻璃瓶內(nèi)。工作狀態(tài)下，當(dāng)被檢驗(yàn)物體接觸驗(yàn)電器頂端的導(dǎo)體時(shí)，自身所帶的電荷會(huì)傳到玻璃鐘罩內(nèi)的箔片上。由于同種電荷相互排斥，箔片將自動(dòng)分開，形成一定角度，工作人員可以根據(jù)兩箔片的角度大小來估計(jì)物體帶電量的大小。驗(yàn)電器主要分低壓驗(yàn)電器和高壓驗(yàn)電器兩類。其中低壓驗(yàn)電器用來檢驗(yàn)對地電壓在250V及以下的低壓電氣設(shè)備，主要由工作觸頭、降壓電阻、氖泡、彈簧等部件組成。它利用電流通過驗(yàn)電器、人體、大地形成回路，其漏電電流使氖泡起輝發(fā)光而工作。只要帶電體與大地之間的電位差超過一定數(shù)值（36V以下），驗(yàn)電器就會(huì)發(fā)出光，低于這個(gè)數(shù)值，就不發(fā)光，從而來判斷低壓電氣設(shè)備是否帶有電壓。高壓驗(yàn)電器主要用來檢驗(yàn)設(shè)備對地電壓在250V以上的高壓電氣設(shè)備，廣泛采用的有發(fā)光型、聲光型、風(fēng)車式三種類型。它們一般都是由檢測部分（指示器部分或風(fēng)車）、絕緣部分、握手部分三大部分組成。絕緣部分是指自指示器下部金屬銜接螺絲起至罩護(hù)環(huán)的部分，握手部分是指罩護(hù)環(huán)以下的部分［2］。其中絕緣部分、握手部分根據(jù)電壓等級的不同其長度也不相同。

2 傳統(tǒng)驗(yàn)電器使用中存在的不足

當(dāng)前電力系統(tǒng)驗(yàn)電需求較大，實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)地驗(yàn)電理應(yīng)是技術(shù)創(chuàng)新的研究點(diǎn)。我們對傳統(tǒng)驗(yàn)電器使用情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其實(shí)際生產(chǎn)中存在一些問題。其一，對于山區(qū)輻射式線路停電作業(yè)驗(yàn)電工作，無法在附近找到電源點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。其二，大部分運(yùn)行班組未配置工頻高壓發(fā)生器。其三，現(xiàn)使用的驗(yàn)電器均發(fā)出“嘀嘀嘀”的提示音，根據(jù)聲音無法判斷驗(yàn)電器相應(yīng)的電壓等級，只能通過驗(yàn)電器標(biāo)簽或標(biāo)識進(jìn)行識別，易造成錯(cuò)拿的情況。其四，現(xiàn)使用的驗(yàn)電器無電量顯示，若使用過程中發(fā)生突然失電的情況，可能會(huì)造成驗(yàn)電失敗。其五，現(xiàn)使用驗(yàn)電器聲光檢驗(yàn)方式，僅校驗(yàn)聲光是否正常，線路板回路是否正常，無法判定驗(yàn)電器觸針與線路板連接是否良好［3］。例如在一次變電站設(shè)備停電檢修中，操作人員在進(jìn)行驗(yàn)電操作前，按照操作程序在帶電設(shè)備上對驗(yàn)電器進(jìn)行自檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)電器在設(shè)備較大的表面部位，如110～220kV開關(guān)的三角箱部、CT及PT的頭部、PH及PR型西門子刀閘的底座導(dǎo)體部位測量時(shí)無聲響及光亮指示，響應(yīng)時(shí)間延長約3～4s；而在110～220kV設(shè)備表面較小的部位和35kV及以下電壓等級的設(shè)備上驗(yàn)電時(shí)反應(yīng)正常。

3 新型多功能驗(yàn)電器設(shè)計(jì)

新型多功能驗(yàn)電器是在保留傳統(tǒng)驗(yàn)電器優(yōu)勢基礎(chǔ)上的技術(shù)攻關(guān)成果，主要圍繞三大關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，分別為語音設(shè)計(jì)、便攜式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自檢回路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：第一方面，提示音升級為相應(yīng)電壓等級的語音播報(bào)；第二方面，驗(yàn)電器與工頻高壓發(fā)生器相融合，除聲光回路自檢外增加工頻驗(yàn)電自檢；第三方面，增加電量顯示功能，并增加電槽、聲光與工頻發(fā)生器獨(dú)立電源；第四方面，雙回路自檢功能，可判定驗(yàn)電器觸針與線路板連接是否良好［4］。

新型多功能驗(yàn)電器的外觀如圖所示。

圖 新型多功能驗(yàn)電器

該驗(yàn)電器包括2個(gè)絕緣桿和手持桿，在絕緣桿上設(shè)有驗(yàn)電器與驗(yàn)電頭，驗(yàn)電器配備有接地線夾；在絕緣桿上設(shè)有工頻高壓發(fā)生器，在驗(yàn)電頭到工頻高壓發(fā)生器的電壓信號輸出端之間依次串聯(lián)有隔離開關(guān)、高壓旋轉(zhuǎn)隔離開關(guān)。高壓旋轉(zhuǎn)隔離開關(guān)由開關(guān)座和旋轉(zhuǎn)軸套組成，在開關(guān)座與旋轉(zhuǎn)軸套之間裝有定位裝置。多功能驗(yàn)電器結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)現(xiàn)了對高壓驗(yàn)電器與工頻高壓發(fā)生器的一體化設(shè)計(jì)，在操作上簡單便捷，能夠安全有效地進(jìn)行電壓匹配，有利于驗(yàn)電作業(yè)人員快速、準(zhǔn)確、安全地進(jìn)行驗(yàn)電操作。同時(shí)將提示音升級為相應(yīng)電壓等級的語音播報(bào)，驗(yàn)電器與工頻高壓發(fā)生器相融合，除聲光回路自檢外增加工頻驗(yàn)電自檢。增加電量顯示功能，并增加電槽、聲光與工頻發(fā)生器獨(dú)立電源。增加雙回路自檢功能，可判定驗(yàn)電器觸針與線路板連接是否良好。

4 新型多功能驗(yàn)電器主要功能介紹

4.1 電壓等級語音播報(bào)

檢測部分通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整電壓切換開關(guān)，來選擇對應(yīng)不同的電壓等級驗(yàn)電模式，將傳統(tǒng)的蜂鳴器改成語音報(bào)警模式。內(nèi)置單片機(jī)芯片，主要功能是將驗(yàn)電器所感應(yīng)的電壓源通過振蕩電路，由高電平變成低電平。建立驗(yàn)電器的語音回路，當(dāng)接收到感應(yīng)的電壓源導(dǎo)通后，啟動(dòng)語音報(bào)警回路。驗(yàn)電器數(shù)碼顯示屏對應(yīng)工作電壓，在自檢試驗(yàn)時(shí)，按試驗(yàn)按鈕，點(diǎn)亮由LED三位數(shù)碼顯示對應(yīng)的工作電壓等級，以便提醒使用人員驗(yàn)電器當(dāng)前的驗(yàn)電工作電壓環(huán)境。驗(yàn)電工作電壓具有中文語音提示功能，自檢試驗(yàn)時(shí)，按試驗(yàn)按鈕，中文語音報(bào)告“有電危險(xiǎn)，請勿靠近”，提醒使用人員驗(yàn)電器當(dāng)前的驗(yàn)電工作電壓環(huán)境。設(shè)計(jì)中文語音聲光報(bào)警功能，當(dāng)試驗(yàn)或驗(yàn)電設(shè)備有電時(shí)，報(bào)警器發(fā)出“有電危險(xiǎn)，請勿靠近”，同時(shí)報(bào)警器發(fā)出告警聲，發(fā)光管點(diǎn)亮并閃爍。使用時(shí)，工作人員將本實(shí)用新型多功能驗(yàn)電器拿到變電站現(xiàn)場使用，可以檢驗(yàn)不同電壓等級的帶電設(shè)備，只需要通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整電壓切換開關(guān)，便可以快速地切換驗(yàn)電電壓等級，從而進(jìn)行相應(yīng)電壓等級高壓設(shè)備的驗(yàn)電工作。新型驗(yàn)電器能驗(yàn)10kV、35kV、110kV、220kV所有電壓等級。

4.2 工頻驗(yàn)電自檢

多功能驗(yàn)電器還具有工頻驗(yàn)電自檢功能。包括用于感應(yīng)高壓線路的工頻信號或感應(yīng)另一驗(yàn)電器互檢時(shí)產(chǎn)生的工頻信號的感應(yīng)電路、用于產(chǎn)生工頻信號以使所述工頻正弦全回路自檢驗(yàn)電器進(jìn)行自檢與互檢的工頻信號發(fā)生電路、用于檢測工作電壓是否正常的欠壓監(jiān)測電路、用于當(dāng)工作電壓異常時(shí)報(bào)警的聲光報(bào)警電路。交流供電式工頻信號發(fā)生器，經(jīng)過調(diào)壓器、升壓變壓器將工頻電升壓到驗(yàn)電器啟動(dòng)電壓，以此檢驗(yàn)驗(yàn)電器性能的好壞。自身供電式工頻信號發(fā)生器本身帶有可充電蓄電池，經(jīng)過工頻逆變器將直流電變換成工頻電，然后經(jīng)升壓器升壓至驗(yàn)電器啟動(dòng)電壓，用以檢驗(yàn)驗(yàn)電器性能好壞。工頻信號發(fā)生器在接通電源后，調(diào)壓器調(diào)到零位，將電源開關(guān)打開，一個(gè)人將驗(yàn)電器探頭連接到發(fā)生器高壓輸出，另一人緩緩升高輸出電壓，至驗(yàn)電器聲光報(bào)警，觀察驗(yàn)電器報(bào)警時(shí)啟動(dòng)電壓是否在規(guī)定范圍內(nèi)。工頻驗(yàn)電信號發(fā)生器使用后調(diào)壓器調(diào)到零位，關(guān)閉電源。

4.3 驗(yàn)電器電余量顯示

驗(yàn)電器具有由電子集成電路制成的聲光批示，性能穩(wěn)定、可靠，具有全電路自檢功能和抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，通常驗(yàn)電器需要使用電池，沒電的時(shí)候需要更換電池，但作為特殊設(shè)備，如果在電量不足或沒電的時(shí)候進(jìn)行使用，會(huì)影響驗(yàn)電效果，從而產(chǎn)生安全隱患［5］。多功能驗(yàn)電器內(nèi)部設(shè)置電量余量顯示系統(tǒng)，具有能夠通過信號燈反饋剩余電量及驗(yàn)電器是否正常工作的特點(diǎn)。驗(yàn)電器本體的正面設(shè)置有顯示屏，底部設(shè)置有電量顯示指示燈和故障報(bào)警指示燈，且電量顯示指示燈位于故障報(bào)警指示燈的正右方。通過設(shè)置數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制節(jié)點(diǎn)單元、報(bào)警模塊和中央處理器，使用驗(yàn)電器本體之前可通過電池監(jiān)控芯片對電池余量進(jìn)行檢測。此時(shí)通過數(shù)據(jù)采集模塊將電量信息傳遞到數(shù)據(jù)處理?？欤ㄟ^電量信息數(shù)據(jù)處理單元將處理過的數(shù)據(jù)信息傳遞到中央處理器，中央處理器通過控制節(jié)點(diǎn)來控制電量顯示指示燈，當(dāng)電量充足時(shí)電量顯示指示燈為正常亮度，當(dāng)電池余量逐漸減小時(shí)，電量顯示指示燈逐漸變暗，方便人們觀察，避免在使用驗(yàn)電器時(shí)發(fā)生電量不足的情況。

4.4 便攜式使用

傳統(tǒng)的驗(yàn)電器具有不易攜帶、容易損壞等缺點(diǎn)。正常作業(yè)情況下，作業(yè)人員與高壓電之間要想形成有效絕緣隔離，要求絕緣桿長度合理。但長度過長容易使驗(yàn)電測量時(shí)作業(yè)人員擺幅較大，增加安全隱患。傳統(tǒng)的驗(yàn)電器操作桿原材料是環(huán)氧樹脂，整體偏重，無論是抽拉還是回縮耗時(shí)較長。傳統(tǒng)驗(yàn)電器節(jié)與節(jié)連接處存在接口結(jié)構(gòu)薄弱的問題，在特殊情況下易滑脫、卡殼、損壞。在研發(fā)多功能驗(yàn)電器時(shí)，深入分析驗(yàn)電器支援桿使用過程中的受力情況，在驗(yàn)電器接口處加裝特殊套口，可以保證驗(yàn)電器的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)氣動(dòng)伸縮絕緣桿，方便驗(yàn)電器攜帶、存放、運(yùn)輸，也實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)驗(yàn)電器的小型化和輕量化改進(jìn)。

5 多功能驗(yàn)電器應(yīng)用效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

在使用多功能驗(yàn)電器后，減少了變電站驗(yàn)電器的數(shù)量，降低了采購成本。同時(shí)采用多功能驗(yàn)電器能夠滿足10kV、35kV、110kV、220kV等多個(gè)電壓等級的驗(yàn)電需求，減少了多余的環(huán)節(jié)，縮短了停電操作時(shí)間，增加了年售電量。

5.2 安全效益

由于操作使用了中文語音報(bào)警來提示運(yùn)維人員對當(dāng)前驗(yàn)電器工作的檔位（驗(yàn)電電壓等級）的確認(rèn)，以便提醒使用人員不會(huì)發(fā)生誤操作，安全可靠。

5.3 管理效益

多功能驗(yàn)電器收納后占地面積小，便于攜帶和存放，還具有安全性高、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，攜帶、使用和管理極為方便，更適用于多電壓等級操作，對提高工作效率和現(xiàn)場安全管理水平具有積極的作用。

5.4 前景效益

多功能驗(yàn)電器填補(bǔ)了國內(nèi)關(guān)于多電壓等級中文語音聲光報(bào)警驗(yàn)電器、工頻自檢的空白，其使用方便，適用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種電壓等級驗(yàn)電操作。

6 結(jié)束語

驗(yàn)電器是檢測物體是否帶電及粗略估計(jì)帶電量大小的專用儀器，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。但傳統(tǒng)驗(yàn)電器多為聲光驗(yàn)電，存在電源點(diǎn)校驗(yàn)支持不足、工頻驗(yàn)電自檢效果不佳、電量無法正常顯示、電壓等級語音播報(bào)無法實(shí)現(xiàn)等諸多問題。研發(fā)出一種多功能新型驗(yàn)電器來解決上述問題，可提高驗(yàn)電作業(yè)的安全性與可靠性，筑牢安全生產(chǎn)的新防線。從多功能驗(yàn)電器應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益、管理效益、前景效益來看，其理應(yīng)推廣到電力行業(yè)配網(wǎng)驗(yàn)電作業(yè)中。