專利名稱：1000kV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于IOOOkV特高壓交流輸變電設(shè)備安全工器具，具體涉及一種 IOOOkV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器。
背景技術(shù)：
運(yùn)行檢修工作是掌握電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備缺陷的重要手段。 《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(電力線路部分)》明確規(guī)定在部分停電的電氣設(shè)備上 工作或停電線路工作地段裝接地線前，要先驗(yàn)電，驗(yàn)明設(shè)備或線路確無電壓。驗(yàn)電器即是用 來檢測電力設(shè)備上是否存在電壓的常用工具之一，通過驗(yàn)電器明確驗(yàn)證被檢修設(shè)備上是否 確無電壓，再進(jìn)行其他操作，以防出現(xiàn)帶電裝接地線(合接地刀閘)、誤碰有電設(shè)備等惡性 事故的發(fā)生。目前我國高/超高壓輸電線路均是使用接觸式驗(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電，且已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (IEC61243-1《帶電作業(yè)用驗(yàn)電器用于交流IkV及以上電壓的電容型驗(yàn)電器》、DL740-2000 《電容性驗(yàn)電器》)對接觸式驗(yàn)電器的設(shè)計(jì)、制造、操作導(dǎo)則以及試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)范。但 在我國目前以建設(shè)特高壓交/直流輸電為重點(diǎn)、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的加強(qiáng)國家電網(wǎng)的背景 下，現(xiàn)有的驗(yàn)電技術(shù)和產(chǎn)品已無法滿足特高壓交/直流輸變電工程檢修維護(hù)的需求。IOOOkV特高壓交流輸變電工程具有設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)高和運(yùn)行參數(shù)高兩個(gè)基本特點(diǎn)。 由于IOOOkV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(yàn)電器進(jìn)行驗(yàn)電，則由于相-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(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)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(yè)的因素，甚至有可能使驗(yàn)電操作無法實(shí)現(xiàn)。此外，特高壓交流 輸變電工程的運(yùn)行電壓為IOOOkV,現(xiàn)有的驗(yàn)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(shè)備周圍的空間場強(qiáng)更高，對驗(yàn)電器的 抗干擾能力和可靠性相應(yīng)地有更高的要求。需要指出的是，DL740-2000《電容型驗(yàn)電器》只適用于操作時(shí)與被測設(shè)備相接觸的 電容型驗(yàn)電器，并不適用于感應(yīng)型的非接觸式驗(yàn)電器。因此，在IOOOkV特高壓交流輸變電 工程非接觸式驗(yàn)電器的研制中，并沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可供借鑒，只能在調(diào)研國內(nèi)外各 種驗(yàn)電器研究成果(包括原理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、使用經(jīng)驗(yàn)等)的基礎(chǔ)上，根據(jù)非接觸式驗(yàn)電器的 使用特點(diǎn)，對其原理、功能和技術(shù)條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。對搜集的資料進(jìn)行匯總分析，現(xiàn)有的高/超高壓驗(yàn)電器按驗(yàn)電方式可分為接觸式 和非接觸式兩種。接觸式驗(yàn)電器大多是基于電容分壓原理來實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電的。而非接觸式驗(yàn)電 器目前還處在研制和試驗(yàn)階段，它主要是通過對帶電設(shè)備附近的電場或設(shè)備發(fā)生局部放電 時(shí)的相關(guān)參量檢測來實(shí)現(xiàn)驗(yàn)電功能。其中前者在電力系統(tǒng)中已有實(shí)際應(yīng)用；后者則還在研 究、試驗(yàn)階段，還沒有可以實(shí)用化的產(chǎn)品。綜上所述，目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可直接指導(dǎo)IOOOkV特高壓交流輸變電工程非 接觸式驗(yàn)電器的研制，并且國內(nèi)外非接觸驗(yàn)電技術(shù)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(yàn)電技術(shù)研究成果基礎(chǔ)上，進(jìn)行自主創(chuàng)新，研制適用于IOOOkV特高壓交 流輸變電工程的非接觸式驗(yàn)電器。本實(shí)用新型的一種IOOOkV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器，操作簡單、準(zhǔn)確、可靠，在 2008年10月13日已經(jīng)通過了國家電網(wǎng)公司科技部在武漢召開特高壓交流輸電工程關(guān)鍵技 術(shù)研究課題驗(yàn)收會的驗(yàn)收，并編制完成了《1000kV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器》和《1000kV 特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案。在此之前，不曾有同類產(chǎn)品相 關(guān)報(bào)導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種IOOOkV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器，采用電容感 應(yīng)原理的電磁感應(yīng)法來驗(yàn)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(hù)作用。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是1000kV特高壓交流非接觸式驗(yàn)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(bào)警模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換及 數(shù)據(jù)處理模塊，信號采集模塊采集到的特高壓的電壓信號，經(jīng)信號放大模塊放大，再經(jīng)信號 處理模塊處理；信號采集模塊根據(jù)電磁感應(yīng)原理采集電壓信號進(jìn)行設(shè)計(jì)，測量電阻R兩端 的壓降，計(jì)算得到驗(yàn)電器所處空間環(huán)境的電場強(qiáng)度；數(shù)據(jù)處理模塊采集驗(yàn)電器工作位置的 電場強(qiáng)度得到的值作為驗(yàn)電的基準(zhǔn)值；模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊對信號處理模塊傳來的信 號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，聯(lián)動(dòng)報(bào)警模塊作出相應(yīng)聲、光報(bào)警信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊由單 片機(jī)C8051F330構(gòu)成，涉及到的C8051F330的外圍接口設(shè)計(jì)如下(a)P0. 0接入信號處理模塊3的輸出端；(b)P0. 2接報(bào)警模塊中的蜂鳴報(bào)警器；(C)P0. 3接報(bào)警模塊中的報(bào)警指示燈；(d)P0. 5、P0. 6和P0. 7用于控制多路模擬開關(guān)芯片⑶4053，同時(shí)對應(yīng)控制三個(gè)用 來顯示當(dāng)前驗(yàn)電器狀態(tài)的LED指示燈；(e) C2D和C2CK均作為在線編程調(diào)試JTAG的連接口。本實(shí)用新型的工作原理是現(xiàn)有的不同電壓等級驗(yàn)電器，對應(yīng)的驗(yàn)電基準(zhǔn)值是固 定不變的，而本實(shí)用新型的驗(yàn)電基準(zhǔn)值是可變的。驗(yàn)電的基準(zhǔn)值是自檢通過后，經(jīng)延時(shí)，以 一定的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集此工作位置的電場強(qiáng)度得到的值。由于輸變電設(shè)備現(xiàn)場環(huán)境復(fù) 雜，電場變化不規(guī)律，而本實(shí)用新型的驗(yàn)電基準(zhǔn)值是現(xiàn)場工作位置的電場值，有效地提高了 驗(yàn)電器的使用范圍和準(zhǔn)確度，作業(yè)人員在地面和塔上均可測量?，F(xiàn)有的不同電壓等級驗(yàn)電器，對應(yīng)的驗(yàn)電報(bào)警閥值是固定不變的。本實(shí)用新型是 根據(jù)空間電場的場強(qiáng)曲線和變化趨勢來驗(yàn)電，在IOOOkV特高壓交流試驗(yàn)基地進(jìn)行了多次 現(xiàn)場試驗(yàn)。通過本實(shí)用新型報(bào)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，則表示本實(shí)用新型所在位置比基準(zhǔn)位置的電場強(qiáng)，即本實(shí)用新型所測的運(yùn) 行設(shè)備帶電。由于本實(shí)用新型是根據(jù)空間電場的場強(qiáng)曲線和變化趨勢來驗(yàn)電，有效地排除 了鄰近帶電設(shè)備的干擾，解決了鄰近被測設(shè)備帶電體對空間場強(qiáng)的干擾導(dǎo)致驗(yàn)電結(jié)果重復(fù) 性不好、準(zhǔn)確度不高難題。本實(shí)用新型的有益效果是滿足了我國交流IOOOkV特高壓輸電線路工程作業(yè)安 全防護(hù)要求，填補(bǔ)了我國在IOOOkV特高壓輸變電設(shè)備安全工器具上的空白，適用于IOOOkV特高壓輸變電線路巡檢。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例硬件系統(tǒng)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。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(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊外圍電路圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例軟件編程流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型IOOOkV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器做進(jìn)一 步說明圖1中標(biāo)記說明1_信號采集模塊，2-信號放大模塊，3-信號處理模塊，4-模數(shù)轉(zhuǎn) 換及數(shù)據(jù)處理模塊，5-報(bào)警模塊，6-自檢信號。圖3中的標(biāo)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(biāo)記說明11_自檢，12-預(yù)檢，13-檢測，14-比較，15-聲光報(bào)警，16-有電， 17-無電，18-循環(huán)檢測。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例硬件系統(tǒng)方框圖，本實(shí)用新型提供的IOOOkV特高壓交流 非接觸式驗(yàn)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(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處 理模塊4和報(bào)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(jīng)信號放大模 塊2放大，再經(jīng)信號處理模塊3濾波、整流等處理后，送至模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊4進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換、變成數(shù)字信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否有電，然后聯(lián)動(dòng) 報(bào)警模塊5作出相應(yīng)聲、光報(bào)警信號。如圖2所示，信號采集模塊1是根據(jù)電磁感應(yīng)原理采集電壓信號進(jìn)行設(shè)計(jì)的；通過 測量電阻R兩端的壓降即可計(jì)算得到驗(yàn)電器所處空間環(huán)境的電場強(qiáng)度。如圖3所示，信號放大模塊2采用了對差分信號進(jìn)行放大的運(yùn)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(gè)電路的共模抑制比，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)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(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)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(huán)節(jié)，如電平移動(dòng)電 路、過載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等。信號處理模塊3是將交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，整個(gè)模塊由前級二階濾波器、整 流電路和后級二階濾波器構(gòu)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(yùn)算放大器和外圍的電阻、二極管組成前一個(gè)運(yùn)算 放大器與相應(yīng)電阻、二極管構(gòu)成一個(gè)等比例放大電路；第二個(gè)運(yùn)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(shù)。R8、R9、RIO、RlU R12、 R13、R14 的電阻值分別是10K、10K、10K、20K、10K、10K、20K。如圖5所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊4由單片機(jī)構(gòu)成，作用是將直流模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)計(jì)算智能處理后，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷是否越限后向報(bào) 警模塊5發(fā)出動(dòng)作指令；報(bào)警模塊5包括蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警和指示燈報(bào)警，根據(jù)接收到的指令 進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作。單片機(jī)C8051F330主要實(shí)現(xiàn)以下功能(a)控制多路模擬開關(guān)CD4053 ；(b)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；(c)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(d)控制蜂鳴器和報(bào)警指示燈；因此，涉及到的C8051F330的外圍接口設(shè)計(jì)如下(a)P0. 0接入信號處理模塊3的輸出端；(b) P0. 2接報(bào)警模塊5中的蜂鳴報(bào)警器；(c) P0. 3接報(bào)警模塊5中的報(bào)警指示燈；(d)P0. 5、P0. 6和P0. 7用于控制多路模擬開關(guān)芯片⑶4053，同時(shí)對應(yīng)控制三個(gè)LED 指示燈，用來顯示當(dāng)前驗(yàn)電器的狀態(tài)；(e) C2D和C2CK均作為在線編程調(diào)試(JTAG)的連接口。驗(yàn)電器一旦開機(jī)即自動(dòng)進(jìn)入自檢環(huán)節(jié)，單片機(jī)(即模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊4)給 出的控制信號控制模擬開關(guān)⑶4053，將自檢信號選通輸入信號處理通道，經(jīng)過信號放大模 塊2、信號處理模塊3后，可在單片機(jī)內(nèi)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(shí)現(xiàn)是否工作正常指示。當(dāng)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(jìn)入自檢環(huán)節(jié)，上述自檢過程涉及到整個(gè)驗(yàn)電器的各個(gè) 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為本實(shí)用新型實(shí)施例軟件編程流程圖，其特征在于IOOOkV特高壓交流非接 觸式驗(yàn)電器驗(yàn)電方法分為自檢11、預(yù)檢12、檢測13、比較14、聲光報(bào)警15五個(gè)階段，主要 是對模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊4中單片機(jī)進(jìn)行編程，使其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算智能處理功 能。本實(shí)用新型實(shí)施例驗(yàn)電的基準(zhǔn)值是可變的，進(jìn)入工作位置，按下復(fù)位鍵，自檢通過 后，進(jìn)行預(yù)檢經(jīng)延時(shí)(3S)，即進(jìn)行電場測量工作，以一定的頻率(IOkHz)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并 記錄此工作位置的電場強(qiáng)度，作為驗(yàn)電的基準(zhǔn)值。根據(jù)電場的變化趨勢來判斷被測設(shè)備是 否帶電。本實(shí)用新型實(shí)施例在IOOOkV特高壓交流試驗(yàn)基地進(jìn)行了多次現(xiàn)場試驗(yàn)，根據(jù)電 場的變化趨勢，合理選取了驗(yàn)電報(bào)警閥值，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置了多個(gè)報(bào)警值，通過本實(shí)用新 型報(bào)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，則表示本實(shí)用新型所 在位置比基準(zhǔn)位置的電場強(qiáng)，即本實(shí)用新型所測的運(yùn)行設(shè)備帶電。本實(shí)用新型實(shí)施例的操作規(guī)程(1)在使用IOOOkV特高壓交流非接觸式驗(yàn)電器之前，必須對驗(yàn)電器進(jìn)行檢查。若 發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器存在裂紋、各部件安裝不緊固、操作桿與驗(yàn)電器連接不可靠等現(xiàn)象不得使用。(2)只有通過了自檢的驗(yàn)電器才能用于驗(yàn)電操作。驗(yàn)電器自檢是否通過可根據(jù)以 下現(xiàn)象進(jìn)行判斷(a)打開電源開關(guān)，電源指示燈(綠燈)亮。若紅燈亮，應(yīng)更換電池。(b)按下復(fù)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(yàn)電器自檢未通過，應(yīng)停止使用。(3)對IOOOkV特高壓交流輸電線路進(jìn)行驗(yàn)電，應(yīng)采用非接觸式線路型驗(yàn)電器，操 作人員可在檔中進(jìn)行驗(yàn)電也可在桿塔附近進(jìn)行驗(yàn)電。操作步驟為(a)操作人員位于被測相導(dǎo)線的正下方，打開驗(yàn)電器電源開關(guān)。(b)待驗(yàn)電器通過自檢和預(yù)檢階段進(jìn)入待檢工作狀態(tài)后，將驗(yàn)電器緩慢舉起至距 地面約2. Om 2. 5m高，并保持驗(yàn)電器垂直于地面約3s。(c)根據(jù)驗(yàn)電器聲光指示判斷被測相導(dǎo)線是否帶電。(4)對IOOOkV特高壓交流變電站或開關(guān)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)電，應(yīng)采用非接觸式站內(nèi) 型驗(yàn)電器，操作人員應(yīng)在被測設(shè)備下方進(jìn)行驗(yàn)電。操作步驟為(a)操作人員位于被測設(shè)備下方，打開驗(yàn)電器電源開關(guān)。 (b)待驗(yàn)電器通過自檢和預(yù)檢階段進(jìn)入待檢工作狀態(tài)后，將驗(yàn)電器緩慢舉起至距 地面約6. Om高，并保持驗(yàn)電器垂直于地面約3s。(c)根據(jù)驗(yàn)電器聲光指示判斷被測設(shè)備是否帶電。(d)若需排除鄰近設(shè)備對驗(yàn)電結(jié)果可能存在的干擾，則應(yīng)分別在被測設(shè)備和干擾 設(shè)備下方進(jìn)行驗(yàn)電操作，根據(jù)報(bào)警信號的不同來判斷設(shè)備是否帶電。
權(quán)利要求1000kV特高壓交流非接觸式驗(yàn)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(bào)警模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊，信號采集模塊采集到的特高壓的電壓信號，經(jīng)信號放大模塊放大，再經(jīng)信號處理模塊處理；模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊對信號處理模塊傳來的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，聯(lián)動(dòng)報(bào)警模塊作出相應(yīng)聲、光報(bào)警信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊由單片機(jī)C8051F330構(gòu)成，涉及到的C8051F330的外圍接口設(shè)計(jì)如下(a)P0.0接入信號處理模塊3的輸出端；(b)P0.2接報(bào)警模塊中的蜂鳴報(bào)警器；(c)P0.3接報(bào)警模塊中的報(bào)警指示燈；(d)P0.5、P0.6和P0.7用于控制多路模擬開關(guān)芯片CD4053，同時(shí)對應(yīng)控制三個(gè)用來顯示當(dāng)前驗(yàn)電器狀態(tài)的LED指示燈；(e)C2D和C2CK均作為在線編程調(diào)試JTAG的連接口。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種1000kV特高壓交流非接觸式驗(yàn)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(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊和報(bào)警模塊組成，軟件部分分為自檢、預(yù)檢、檢測、比較、報(bào)警五個(gè)階段；自檢通過后，經(jīng)3秒的延時(shí)，以10KHz的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集此工作位置的電場強(qiáng)度得到的值作為驗(yàn)電的基準(zhǔn)值，本實(shí)用新型的驗(yàn)電基準(zhǔn)值是現(xiàn)場工作位置的電場值，有效地提高了驗(yàn)電器的使用范圍和準(zhǔn)確度；本實(shí)用新型根據(jù)空間電場的場強(qiáng)曲線和變化趨勢來驗(yàn)電，通過報(bào)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(shè)備的干擾，解決了鄰近被測設(shè)備的帶電體對空間場強(qiáng)的干擾導(dǎo)致驗(yàn)電結(jié)果重復(fù)性不好、準(zhǔn)確度不高的難題。
文檔編號G01R29/14GK201628742SQ200920083760
公開日2010年11月10日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者張麗華, 易輝, 杜建忠, 紀(jì)建明, 邵瑰瑋 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院