1000kV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電器的制作方法

專利名稱：1000kV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電器的制作方法
技術領域：
本發明屬于lOOOkV特高壓交流輸變電設備安全工器具，具體涉及一種 lOOOkV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電器。
背景技術：
運行檢修工作是掌握電網設備運行情況、及時發現和處理設備缺陷的重要手
段。《國家電網公司電力安全工作規程(電力線路部分)》明確規定在部分停電
的電氣設備上工作或停電線路工作地段裝接地線前，要先驗電，驗明設備或線路
確無電壓。驗電器即是用來檢測電力設備上是否存在電壓的常用工具之一，通過
驗電器明確驗證被檢修設備上是否確無電壓，再進行其他操作，以防出現帶電裝
接地線(合接地刀閘)、誤碰有電設備等惡性事故的發生。
目前我國高/超高壓輸電線路均是使用接觸式驗電器進行驗電，且已有相關
標準(IEC61243 — 1《帶電作業用驗電器用于交流lkV及以上電壓的電容型驗電 器》、DL740 — 2000《電容性驗電器》)對接觸式驗電器的設計、制造、操作導則 以及試驗方法進行了規范。但在我國目前以建設特高壓交/直流輸電為重點、各 級電網協調發展的加強國家電網的背景下，現有的驗電技術和產品已無法滿足特 高壓交/直流輸變電工程檢修維護的需求。
1000kV特高壓交流輸變電工程具有設備結構參數高和運行參數高兩個基本 特點。由于1000kV特高壓交流輸電線路的桿塔高、塔頭尺寸大、絕緣子串長、 如果仍然使用接觸式驗電器進行驗電，則由于相一地距離大，要求絕緣操作桿具 有較長的長度，這樣一方面操作桿的重量大，會極大地增加作業人員的勞動強度； 另一方面較長的絕緣操作桿容易撓曲，不便于操作，再加上高空作業的因素，甚 至有可能使驗電操作無法實現。此外，特高壓交流輸變電工程的運行電壓為 1000kV，現有的驗電器都是針對高/超高壓輸變電工程的，其最高適用電壓無法 滿足特高壓工程的需要；并且由于設備周圍的空間場強更高，對驗電器的抗干擾 能力和可靠性相應地有更高的要求。
需要指出的是，DL740 — 2000《電容型驗電器》只適用于操作時與被測設備 相接觸的電容型驗電器，并不適用于感應型的非接觸式驗電器。因此，在1000kV特高壓交流輸變電工程非接觸式驗電器的研制中，并沒有現成的標準和規范可供 借鑒，只能在調研國內外各種驗電器研究成果(包括原理、技術標準、使用經驗 等)的基礎上，根據非接觸式驗電器的使用特點，對其原理、功能和技術條件等 進行設計和開發。
對搜集的資料進行匯總分析，現有的高/超高壓驗電器按驗電方式可分為接
觸式和非接觸式兩種。接觸式驗電器大多是基于電容分壓原理來實現驗電的。而
非接觸式驗電器目前還處在研制和試驗階段，它主要是通過對帶電設備附近的電
場或設備發生局部放電時的相關參量檢測來實現驗電功能。其中前者在電力系統
中已有實際應用；后者則還在研究、試驗階段，還沒有可以實用化的產品。
綜上所述，目前還沒有標準和規范可直接指導1000kV特高壓交流輸變電工
程非接觸式驗電器的研制，并且國內外非接觸驗電技術和裝置還處在研制階段，
因此需要在匯總分析各種原理的驗電技術研究成果基礎上，進行自主創新，研制
適用于1000kV特高壓交流輸變電工程的非接觸式驗電器。
本發明的一種1000kV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電器，操作簡單、 準確、可靠，在2008年10月13日已經通過了國家電網公司科技部在武漢召開 特高壓交流輸電工程關鍵技術研究課題驗收會的驗收，并編制完成了《1000kV 特高壓交流非接觸式驗電器》和〈U000kV特高壓交流非接觸式驗電器預防性試 驗規程》技術標準草案。在此之前，不曾有同類產品相關報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種1000kV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電 器，采用電容感應原理的電磁感應法來驗電，用于IOOOKV特高壓交流輸變電線 路工程中，測量輸變電線路是否有電，起安全保護作用。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是1000kV特高壓交流非接觸式驗 電器驗電方法，其特征在于包括自檢、預檢、檢測、比較和報警五個階段；自
檢通過后，經延時，以一定的頻率進行數據采集此工作位置的電場強度得到的值
作為驗電的基準值；根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗電，通過報警的聲、 光信號頻率快慢來反映電場的大小。
4采用上述方法的1000kV特高壓交流非接觸式驗電器，其特征在于 包括信號采集模塊、信號放大模塊、信號處理模塊、報警模塊和模數轉換及 數據處理模塊，信號采集模塊采集到的特高壓的電壓信號，經信號放大模塊放大， 再經信號處理模塊處理；數據處理模塊以一定的頻率進行數據采集此工作位置的 電場強度得到的值作為驗電的基準值，根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗 電；模數轉換及數據處理模塊對信號處理模塊傳來的信號進行數據處理后，聯動 報警模塊作出相應聲、光報警信號。
本發明的工作原理是現有的不同電壓等級驗電器，對應的驗電基準值是固 定不變的，而本發明的驗電基準值是可變的。驗電的基準值是自檢通過后，經延 時，以一定的頻率進行數據采集此工作位置的電場強度得到的值。由于輸變電設 備現場環境復雜，電場變化不規律，而本發明的驗電基準值是現場工作位置的電 場值，有效地提高了驗電器的使用范圍和準確度，作業人員在地面和塔上均可測 量。
現有的不同電壓等級驗電器，對應的驗電報警閥值是固定不變的。本發明是 根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗電，在1000kV特高壓交流試驗基地進
行了多次現場試驗。通過本發明報警的聲、光信號頻率快慢來反映電場的大小和 變化趨勢，聲、光信號頻率快，則表示本發明所在位置比基準位置的電場強，即 本發明所測的運行設備帶電。由于本發明是根據空間電場的場強曲線和變化趨勢 來驗電，有效地排除了鄰近帶電設備的干擾，解決了鄰近被測設備的帶電體對空 間場強的干擾導致驗電結果重復性不好、準確度不高的難題。
本發明的有益效果是滿足了我國交流1000kV特高壓輸電線路工程作業安 全防護要求，填補了我國在1000kV特高壓輸變電設備安全工器具上的空白，適 用于1000kV特高壓輸變電線路巡檢。


圖1為本發明實施例硬件系統方框圖。
圖2為圖1中的信號采集模塊原理圖。 圖3為圖1中的信號放大模塊原理圖。
5圖4為圖1中的信號處理模塊中整流電路原理圖。
圖5為圖1中的模數轉換及數據處理模塊外圍電路圖。
圖6為本發明實施例軟件編程流程圖。
具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本發明lOOOkV特高壓交流非接觸式驗電方法及其 驗電器做進一步說明
圖l中標記說明l一信號采集模塊，2 —信號放大模塊，3 —信號處理模塊，
4一模數轉換及數據處理模塊，5 —報警模塊，6—自檢信號。
圖3中的標記7-差分輸入級，8-電壓放大級，9-輸出級，10-偏置電路。 圖6中標記說明ll一自檢，12_預檢，13 —檢測，14一比較，15_聲光報 警，16_有電，17 —無電，18 —循環檢測。
圖1為本發明實施例硬件系統方框圖，本發明提供的1000kV特高壓交流非 接觸式驗電器，由信號采集模塊1、信號放大模塊2、信號處理模塊3、模數轉 換及數據處理模塊4和報警模塊5組成。信號采集模塊1采集到的特高壓的電壓 信號，經信號放大模塊2放大，再經信號處理模塊3濾波、整流等處理后，送至 模數轉換及數據處理模塊4進行模數轉換、變成數字信號并進行數據處理，根據 處理后的數據進行判斷是否有電，然后聯動報警模塊5作出相應聲、光報警信號。 如圖2所示，信號采集模塊1是根據電磁感應原理采集電壓信號進行設計的； 通過測量電阻R兩端的壓降即可計算得到驗電器所處空間環境的電場強度。
如圖3所示，信號放大模塊2采用了對差分信號進行放大的運算放大電路以 抑制共模干擾信號；圖3中輸入級一般是由BJT、 JFET或MOSFET組成的差分 式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比，它的兩個輸入 端構成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級8的主要作用是提高電 壓增益，它可由一級或多級放大電路組成。輸出級9一般由電壓跟隨器或互補電 壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。偏置電路10是為各級提 供合適的工作電流。此外還有一些輔助環節，如電平移動電路、過載保護電路以 及高頻補償環節等。
信號處理模塊3是將交流信號轉換成直流信號，整個模塊由前級二階濾波
6器、整流電路和后級二階濾波器構成，前級濾波器用于削減高頻干擾信號，后級 濾波器用于紋波的過濾；如圖4所示，整流電路由兩片運算放大器和外圍的電阻、 二極管組成前一個運算放大器與相應電阻、二極管構成一個等比例放大電路； 第二個運算放大器與前置信號組成一加法電路，可以通過改變R14的值來改變 整流電路的放大倍數。R8、 R9、 RIO、 R1K R12、 R13、 R14的電阻值分別是 IOK、 IOK、 IOK、 20K、 IOK、 IOK、 20K。
如圖5所示，模數轉換及數據處理模塊4由單片機構成，作用是將直流模擬 信號轉換成數字信號，經數字濾波和數據計算智能處理后，根據得到的數據判斷 是否越限后向報警模塊5發出動作指令；報警模塊5包括蜂鳴器發聲報警和指示 燈報警，根據接收到的指令進行相關動作。單片機C8051F330主要實現以下功 能
(a )控制多路模擬開關CD4053; (b )完成模數轉換；
(C )進行數據處理；
(d )控制蜂鳴器和報警指示燈；
因此，涉及到的C8051F330的外圍接口設計如下-(a ) PO.O接入信號處理模塊3的輸出端； (b ) P0.2接報警模塊5中的蜂鳴報警器； (c ) P0.3接報警模塊5中的報警指示燈；
(d ) P0.5、 P0.6和P0.7用于控制多路模擬開關芯片CD4053，同時對應控 制三個LED指示燈，用來顯示當前驗電器的狀態；
(e ) C2D和C2CK均作為在線編程調試(JTAG)的連接口。 驗電器一旦開機即自動進入自檢環節，單片機(即模數轉換及數據處理模
塊4)給出的控制信號控制模擬開關CD4053，將自檢信號選通輸入信號處理通
道，經過信號放大模塊2、信號處理模塊3后，可在單片機內檢測到自檢輸出信
號。對于電源部分功能的自檢，則采用電源指示燈來檢測并實現是否工作正常指
示。當電源部分無法正常工作，則該指示燈不亮；如果在電源部分工作正常，則
進入自檢環節，上述自檢過程涉及到整個驗電器的各個功能模塊，通過測量自檢
輸出信號的大小即可判斷電路是否工作正常。
圖6為本發明實施例軟件編程流程圖，其特征在于1000kV特高壓交流非
接觸式驗電器驗電方法分為自檢11、預檢12、檢測13、比較14、聲光報警15五個階段，主要是對模數轉換及數據處理模塊4中單片機進行編程，使其具有強 大的數據計算智能處理功能。
本發明實施例驗電的基準值是可變的，進入工作位置，按下復位鍵，自檢通 過后，進行預檢經延時(3S)，即進行電場測量工作，以一定的頻率(10KHz) 進行數據采集，并記錄此工作位置的電場強度，作為驗電的基準值。根據電場的 變化趨勢來判斷被測設備是否帶電。
本發明實施例在1000kV特高壓交流試驗基地進行了多次現場試驗，根據電
場的變化趨勢，合理選取了驗電報警閥值，并在此基礎上設置了多個報警值，通
過本發明報警的聲、光信號頻率快慢來反映電場的大小，聲、光信號頻率快，則
表示本發明所在位置比基準位置的電場強，即本發明所測的運行設備帶電。 本發明實施例的操作規程
(1) 在使用1000kV特高壓交流非接觸式驗電器之前，必須對驗電器進行檢 查。若發現驗電器存在裂紋、各部件安裝不緊固、操作桿與驗電器連接不可靠等 現象不得使用。
(2) 只有通過了自檢的驗電器才能用于驗電操作。驗電器自檢是否通過可
根據以下現象進行判斷
(a )打開電源開關，電源指示燈(綠燈)亮。若紅燈亮，應更換電池。
(b)按下復位按鈕，蜂鳴器響；手松開，蜂鳴器不響。若紅燈長亮，蜂鳴
器長響，則驗電器自檢未通過，應停止使用。
(3) 對1000kV特高壓交流輸電線路進行驗電，應采用非接觸式線路型驗電 器，操作人員可在檔中進行驗電也可在桿塔附近進行驗電。操作步驟為
(a) 操作人員位于被測相導線的正下方，打開驗電器電源開關。
(b) 待驗電器通過自檢和預檢階段進入待檢工作狀態后，將驗電器緩慢舉 起至距地面約2. 0m 2. 5m高，并保持驗電器垂直于地面約3s。
(c) 根據驗電器聲光指示判斷被測相導線是否帶電。
(4) 對1000kV特高壓交流變電站或開關站內設備進行驗電，應采用非接觸 式站內型驗電器，操作人員應在被測設備下方進行驗電。操作步驟為-
(a) 操作人員位于被測設備下方，打開驗電器電源開關。
(b) 待驗電器通過自檢和預檢階段進入待檢工作狀態后，將驗電器緩慢舉
8起至距地面約6. 0m高，并保持驗電器垂直于地面約3s。
(c) 根據驗電器聲光指示判斷被測設備是否帶電。
(d) 若需排除鄰近設備對驗電結果可能存在的干擾，則應分別在被測設備 和干擾設備下方進行驗電操作，根據報警信號的不同來判斷設備是否帶電。
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權利要求
1、1000kV特高壓交流非接觸式驗電器驗電方法，其特征在于包括自檢、預檢、檢測、比較和報警五個階段；自檢通過后，經延時，以一定的頻率進行數據采集此工作位置的電場強度得到的值作為驗電的基準值；根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗電，通過報警的聲、光信號頻率快慢來反映電場的大小。
2、 采用權利要求1所述方法的1000kV特高壓交流非接觸式驗電器，其特征 在于-包括信號采集模塊、信號放大模塊、信號處理模塊、報警模塊和模數轉換及 數據處理模塊，信號采集模塊采集到的特高壓的電壓信號，經信號放大模塊放大， 再經信號處理模塊處理；數據處理模塊以一定的頻率進行數據采集此工作位置的 電場強度得到的值作為驗電的基準值，根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗 電；模數轉換及數據處理模塊對信號處理模塊傳來的信號進行數據處理后，聯動 報警模塊作出相應聲、光報警信號。
全文摘要
本發明提供了一種1000kV特高壓交流非接觸式驗電方法及其驗電器，其硬件部分由信號采集模塊、信號放大模塊、信號處理模塊、模數轉換及數據處理模塊和報警模塊組成，軟件部分分為自檢、預檢、檢測、比較、報警五個階段；自檢通過后，經3秒的延時，以10KHz的頻率進行數據采集此工作位置的電場強度得到的值作為驗電的基準值，本發明的驗電基準值是現場工作位置的電場值，有效地提高了驗電器的使用范圍和準確度；本發明根據空間電場的場強曲線和變化趨勢來驗電，通過報警的聲、光信號頻率快慢來反映電場的大小，有效地排除了鄰近帶電設備的干擾，解決了鄰近被測設備的帶電體對空間場強的干擾導致驗電結果重復性不好、準確度不高的難題。
文檔編號G01R19/155GK101487858SQ20091006079
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月20日 優先權日2009年2月20日
發明者張麗華, 輝 易, 杜建忠, 紀建明, 邵瑰瑋 申請人:國網電力科學研究院