謝雪峰

（國網(wǎng)安徽省電力公司祁門縣供電公司）

非接觸式高壓帶電顯示裝置研究

謝雪峰

（國網(wǎng)安徽省電力公司祁門縣供電公司）

電力企業(yè)為了保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，會(huì)對(duì)高壓電氣設(shè)備、輸電線路的帶電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一般情況下，高壓帶電顯示裝置可以分為三種，分別是接觸式、非接觸式、等電位式。本文將針對(duì)非接觸式高壓帶電顯示裝置進(jìn)行分析，明確高壓帶電顯示裝置的研究背景和意義，了解非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現(xiàn)狀，分析信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)方案。

非接觸式；高壓帶電；顯示裝置

前言

目前，我國電力市場(chǎng)中的高壓帶電顯示裝置都是以非接觸式高壓帶電顯示裝置為主。雖然非接觸式高壓帶電顯示裝置的應(yīng)用十分廣泛，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中依然存在一定的問題。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝的過程中會(huì)受到安全距離的限制，為了保障非接觸式高壓帶電顯示裝置能夠發(fā)揮作用，在安裝時(shí)應(yīng)該對(duì)線路停電。由于傳感器比較容易受到電場(chǎng)環(huán)境的影響，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)非接觸式高壓帶電顯示裝置誤報(bào)、故障的情況，而且在維修、更換上也有一定的難度，還需要不斷進(jìn)行非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究。

1 高壓帶電顯示裝置的研究背景與意義

我國電力需求主要表現(xiàn)在中部、南部、東部的發(fā)達(dá)地區(qū)，而能源卻主要分布在西部和北部，這種資源與需求的不平衡對(duì)我國電力事業(yè)的發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)全面建設(shè)的飛速發(fā)展，就必須要加強(qiáng)超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離電力輸送的發(fā)展，形成“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電力輸送格局[1]。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級(jí)不斷提升，超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離的電力輸送受到了電力企業(yè)的廣泛關(guān)注，同時(shí)，電力傳輸施工中的安全問題逐漸日益突出。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝過程中，需要對(duì)電氣設(shè)備停電之后才能開始安裝，為施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了基本保障。

目前，我國發(fā)生了多起觸電事故，造成觸電事故的原因除了工作人員沒有嚴(yán)格遵照規(guī)章制度進(jìn)行施工以外，還存在高電壓等級(jí)、安全距離、環(huán)境條件、氣候條件等安全隱患。非接觸式高壓帶電顯示裝置的存在價(jià)值就是盡可能的避免這些安全隱患，降低電力企業(yè)發(fā)生觸電事故的概率。

2 非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現(xiàn)狀

非接觸式高壓帶電顯示裝置主要包括三種形式，分別是感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置、等電位的帶電顯示裝置、電暈型帶電顯示裝置。感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的工作原理是將感應(yīng)電極靠近高壓設(shè)備，交變信號(hào)會(huì)出現(xiàn)在電容之上，之后把信號(hào)傳輸給控制裝置，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，從而實(shí)現(xiàn)高壓帶電顯示的目標(biāo)。感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的主要優(yōu)勢(shì)是傳感器與高壓線路之間并沒有直接的接觸，所以不會(huì)發(fā)生感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置局部放電的情況，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

等電位的帶電顯示裝置能夠發(fā)揮效果主要是因?yàn)楦邏悍烹姽艿氖褂?，確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行，既適合室內(nèi)安裝，也適合室外安裝。電暈型帶電顯示裝置是利用了高壓作用下的電暈放電現(xiàn)象，通過這種方式對(duì)放電情況進(jìn)行判斷，確保電力傳輸?shù)恼＿\(yùn)行[2]。

3 信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

信號(hào)處理裝置是非接觸式高壓帶電顯示裝置中的重要組成部分，完善的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)能夠?yàn)榉墙佑|式高壓帶電顯示裝置的正常運(yùn)行提供基本保障。涉及到信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)的裝置應(yīng)該具備信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)處理、信號(hào)應(yīng)用等基本性能。電源、針板結(jié)構(gòu)電容、保護(hù)電路、放大電路、濾波電路、比較器、分頻器、顯示電路共同組成了信號(hào)處理電路。圖1為信號(hào)處理裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 信號(hào)處理裝置結(jié)構(gòu)框圖

3.1 保護(hù)電路

保護(hù)電路通過兩個(gè)穩(wěn)壓二極管方向串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流信號(hào)的限幅。穩(wěn)壓二極管也叫齊納二極管，具有擊穿后也能保持兩端電壓不變的基本特征。保護(hù)電路在運(yùn)行過程中，無法保證電路中各點(diǎn)電壓時(shí)時(shí)刻刻都保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦發(fā)生電壓不穩(wěn)定的情況，將會(huì)給信號(hào)處理電路的正常運(yùn)行帶來一定的影響。把穩(wěn)壓二極管接入到保護(hù)電路中，就能夠有效的避免電壓不穩(wěn)定造成的影響，即使面對(duì)輸入電壓波動(dòng)嚴(yán)重的情況，甚至輸入電壓超過穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓，穩(wěn)壓二極管也會(huì)確保兩端電壓不發(fā)生變化，確保信號(hào)處理電路的正常運(yùn)行，對(duì)后級(jí)電路進(jìn)行保護(hù)[3]。

3.2 濾波電路設(shè)計(jì)

電噪音會(huì)對(duì)信號(hào)處理電路的正常運(yùn)行造成一定程度的影響，不利于非接觸式高壓帶電顯示裝置的正常使用。電噪音是指能夠疊加在有用信號(hào)上，對(duì)信號(hào)傳輸進(jìn)行干擾，并且還會(huì)導(dǎo)致原有用信號(hào)發(fā)生畸變的電量。一般情況下，在信號(hào)處理電路運(yùn)行過程中，都非常不希望受到電噪音的干擾。然而，在非接觸式高壓帶電顯示裝置的實(shí)際使用過程中，微弱信號(hào)總是伴隨著電噪音信號(hào)，如果不能及時(shí)進(jìn)行降噪和分離處理，電噪音信號(hào)將會(huì)與有用信號(hào)共存，給信號(hào)處理電路的運(yùn)行造成一定程度的干擾。

造成噪音干擾的原因主要有兩種：①非接觸式高壓帶電顯示裝置自身電路伴隨的噪聲，像是非接觸式高壓帶電顯示裝置中零部件的造成、電路設(shè)計(jì)、元件選擇、元件布置不恰當(dāng)引發(fā)的噪聲等。②非接觸式高壓帶電顯示裝置中的電暈放電產(chǎn)生的噪聲，其中頻率分量不同，產(chǎn)生的噪音種類也不盡相同。一般分成兩種噪音形式：①寬頻帶噪聲，聽起來像是破碎的聲音，很容易與其他噪聲進(jìn)行區(qū)分。②純音噪聲，由于正負(fù)交變電壓而導(dǎo)致的導(dǎo)線正負(fù)電暈，從而產(chǎn)生音頻范圍內(nèi)的噪聲[4]。圖2為交流電路可聽噪聲頻譜圖。

圖2 交流線路可聽噪聲頻譜圖

3.3 放大電路設(shè)計(jì)

信號(hào)處理模塊前端的作用是將輸入的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，之后進(jìn)行信號(hào)放大，為后級(jí)電路的進(jìn)一步處理提供了方面。在放大電路的設(shè)計(jì)中，主要有兩種有效信號(hào)，分別是電容電流和電暈電流。噪聲為三次、五次等高次諧波，元件自帶的白噪音，來自線路或空間的高頻噪聲。要想更加全面的檢測(cè)到信號(hào)處理電路中的微小信號(hào)，必須要對(duì)電路中的信號(hào)進(jìn)行放大。放大電路設(shè)計(jì)中使用的放大器要具備靈敏度高、噪聲低、帶寬足夠的基本特征。一般情況下，會(huì)選擇低阻抗、高阻抗、跨阻抗前端的方式進(jìn)行放大電路的設(shè)計(jì)[5]。

3.4 比較電路設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多電路設(shè)計(jì)中都會(huì)使用DSP作為處理芯片，確保電路的正常運(yùn)行。值得肯定的是，DSP處理芯片在實(shí)際使用過程中確實(shí)存在著一定的優(yōu)勢(shì)，像是能夠儲(chǔ)存大量的數(shù)據(jù)信息，方便技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與計(jì)算等。但是，DPS處理芯片也有一定的劣勢(shì)，像是帶寬比較窄，頻率范圍達(dá)不到預(yù)期的效果等。本文設(shè)計(jì)的非接觸式高壓帶電顯示裝置初步設(shè)計(jì)只需顯示有沒有電，不需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算。但是，因?yàn)樵谑褂眠^程中的頻率比較高，所以對(duì)其反應(yīng)速度的要求比較高，故選用比較器即可[6]。

4 結(jié)論

綜上分析可知，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級(jí)不斷提升，為了保證工作人員安全的情況下，確保高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，還需要對(duì)高壓輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。非接觸式高壓帶電顯示裝置是檢測(cè)高壓輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的主要手段，對(duì)非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究對(duì)于推動(dòng)我國電力企業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

[1]商玲玲.新型非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究[D].山東大學(xué)，2012.

[2]鐘源，錢平，沈達(dá).一種新型非接觸式高壓帶電顯示裝置[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2015，12：97～98.

[3]胡榮華，劉曉澤，錢少鋒.一種新型高壓帶電顯示裝置的研究與應(yīng)用[J].電子世界，2015，16：129～130+135.

[4]馮新江，吳健，歸宇，席俞佳，王 滌.避雷器泄漏電流式高壓帶電顯示裝置的應(yīng)用[J].浙江電力，2016，04：74～76.

[5]吳健，徐昕，徐凱，席俞佳，歸宇.一種新型泄漏電流式高壓帶電顯示及閉鎖裝置的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2016，06：103～105.

[6]姚麗娟.一種高壓帶電顯示裝置（VPIS）的設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2012，03：124+110.

TM84

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1004-7344（2016）32-0115-02

2016-10-26

謝雪峰（1984-），男，江蘇宜興人，工程師，本科，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)維管理工作。