CN104362520A - 一种变电站智能高压验电显示及闭锁*** - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种变电站智能高压验电显示及闭锁***，解决了现有验电显示及闭锁***存在安全隐患且极易受干扰的问题。高压带电传感器通过无线方式与显示及闭锁控制器交互连接；显示及闭锁控制器与电脑钥匙连接，电脑钥匙与五防锁具、五防控制***分别连接；显示及闭锁控制器包括显示器、验电能量采集器、功率放大器及频率控制器。本发明不仅具有验电提示的功能，而且具有防误钥匙、电气闭锁接点等多种防误闭锁接口，全面实现各种设备的强制闭锁需求，有效地防止误入间隔、误登杆塔、误合地刀，给生产人员提供带电警示及强制闭锁功能，防止人身伤亡事故发生，保证作业人员安全。

Description

一种变电站智能高压验电显示及闭锁***

技术领域

本发明涉及电力***中防误操作***，具体为一种变电站智能高压验电显示及闭锁***。

背景技术

电力***中，防止电气误操作，确保发、配电设备及输配电线路的安全可靠运行是首要也是最重要的要求之一，万一发生事故，将造成巨大的经济损失，甚至危及设备和人身安全。为此，电力行业强制要求在电力***中采取防止电气误操作装置，以满足电力“五防”要求。

多年来，电业部门一直在研究防止各种误操作的装置。而目前国内、外所用的感应取电能的方法大多都是通过电流产生的磁场切割二次线圈来获取能量或信号。此方法在仅有电压没有电流的情况下（如设备空载），就不能获取信号。大多数的无源高压带电验示装置，其驱动电流是通过与一次设备直接接触的电容式高压传感器的输出端来提供，其提供的驱动电流较大，带电与否的显示也比较明显。但安装此种装置，需要安装电容式传感器，而且必须停电安装，因此该装置一般安装在高压开关柜内。由于其特性属于非等电位安装方式，难以在较高电压等级的设备上安装。

目前，应用比较多的高压验电显示及闭锁装置按照工作原理主要分为接触式、感应式和等电位式。

接触式高压验电显示器，主体是由一个以陶瓷电容为芯棒，外壳体用环氧树脂浇注或电瓷组成的；其基于电容分压原理，提供安装处电气设备的带电状态信息；多用于10～35kV的高压开关柜中。该装置由支柱瓷绝缘子式传感器、显示器和整流元件组成，核心部分是瓷传感器，它由用电瓷制造的绝缘体和其他元件通过各种粘接材料组合而成。瓷传感器除了具有支柱瓷绝缘子的特性外，还具有通过电容分压取得显示器所需能量的作用，达到无源显示的目的。显示器中的显示元件采用多个氖灯串接，增大了发光面积，并采用闪光的发光形式，收到更佳的显示效果。

接触式带电显式装置的优点是无需外供电源，但存在两方面问题：一是由于传感器的特殊结构，决定了当芯棒击穿或外壳体绝缘闪络时，造成安装处的单相接地故障；二是芯棒与外壳体胶粘组合时，可能出现局部放电，整体绝缘高度尺寸限制了它无法组成超过35kV级以上的验电显示器，不适应户外环境运行。

感应式传感器是一个靠近高压带电体的对地绝缘的感应电极，通过感应电极和高压带电之间的杂散电容，藕合高压带电体上的交变电压信号。通过电缆把这一信号传送到显示控制器进行放大和处理，最终实现高压验电显示和闭锁控制。

感应式高压验电显示装置的优点是：传感器可以安装在线路安全距离之外，可靠性较高；传感器与高压母线不直接接触，装置本身不会产生局部放电，安装、维护简单方便；除了显示功能外，还可以通过输出接点实现闭锁；改变传感器的形式可以实GIS 的验电显示与闭锁，应用范围较广。 缺点是抗干扰性能差，不能覆盖全电压范围；需要提供外加的工作电源，无法应用于附近没有220V交流电源的高压线路上。

该装置依靠电场自取能的高压放电管实现验电显示。充有特定气体的放电管，根据汤逊或流柱理论，在高压电场作用下能激起气体的游离现象；当达到自持放电条件，必然伴有光游离及其复合过程，在放电通道中会显出一定的光辉。其工作原理是显示器与高压电位连接在一起，依靠空间电场的位移电流获取能量来维持辉光放电。

采用通常结构充氖气的放电管，很难实现在户外白昼强背景光环境中，其光辉能给出醒目的视觉亮度。该高压放电管工作原理是：靠其一端与高电位连接，另一端通过辅助电极对地的杂散电容，构成位移电流回路，维持气体放电。靠此方式提取的电场能量有限，通过实验测定，一般放电电流限定在几十到范围内。同时，作为验电显示的放电管，由于100 μA显示器主体受到安装处的电气设备的相间距离及本身尺寸的限制，要求其长度限制在100 mm以内，因而，它对放电管的尺寸及结构设计提出了某些约束。

等电位型高压验电显示装置属于提示型，其优点是采用悬空电位联结，不会影响电网的正常运行；无需外加电源，适合于户内外工作环境。缺点是放电管易老化；只能提供显示功能，不能输出闭锁接点。

传统的验电显示及闭锁***都是通过电容分压、与高压带电部分直接接触的方式使指示灯发亮，或者是在地面附近安装一个感应传感器，由220V的交流外加电源供电，对信号进行放大，使指示灯发光或实现自动闭锁。由于第一种方式存在电容器绝缘击穿，导致高压直接短路接地的危险，给电网的安全造成威胁，并只能在户内使用。第二种方式存在的问题是，在变电站的地面上采集感应信号，容易受到其它相和带电间隔的干扰，干扰大。由于需要外接电源，这种方式不适合线路上使用，在变电站的使用也极易受干扰。

发明内容

本发明为了解决现有验电显示及闭锁***存在安全隐患且极易受干扰的问题，提供了一种变电站智能高压验电显示及闭锁***。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种变电站智能高压验电显示及闭锁***，包括高压带电传感器、显示及闭锁控制器、电脑钥匙、五防锁具、五防控制***，高压带电传感器通过无线方式与显示及闭锁控制器交互连接；高压带电传感器安装在高压电气设备上，三个一组，分别对应高压电力设备的A、B、C三相；显示及闭锁控制器安装于安装于高压电气设备的开关柜的柜门或高压线路接地刀处；高压带电传感器、显示及闭锁控制器之间无线高压隔离；显示及闭锁控制器与电脑钥匙连接，电脑钥匙与五防锁具、五防控制***分别连接；显示及闭锁控制器包括显示器、验电能量采集器、功率放大器及频率控制器，显示器本体是由高聚光、高亮度、大功率的LED灯制成的；显示器中增设有闪光频率控制***；验电能量采集器是由整流器和降压型转换器集成的；功率放大器采用OTL功率放大电路，OTL功率放大电路的前端是电压放大器；频率控制器采用由 IGBT 组成的控制电路制成的。

作业时，通过高压带电传感器向显示及闭锁控制器输入带电信息，电脑钥匙通过五防控制***进行验电，判断锁编码是否符合，防止误开锁现象；

显示器采用高聚光、高亮度、大功率的LED灯，实现了功耗小和亮度高的发光效果；显示器中新增了闪光频率控制***，实现了闪光频率的稳定，具有稳定性和可靠性，控制发光元件的闪烁频率使观测人员感觉舒适；***中的验电显示器，利用耦合原理取能，通过比户内型验电显示器放大倍数大30倍的功率放大器，按照定能量控制，触发由高聚光、高亮度、大功率的LED构成的发光元件，不需要外加电源，与带电体电位相等，不影响带电体的正常运行，能够在夏天户外强太阳光的背景下，发出明显、稳定的闪烁亮光；***中的验电能量采集器是通过集成一个低损耗整流器和一个高效率降压型转换器，以通过收集环境中产生的高压线路耦合能量，然后将这种能量转换成良好调节的输出，为发光元件组件提供能量，该能量采集模块为直接对电压波形整流以及在一个外部存储电容器中存储所采集的能量而设计，同时通过一个内部并联稳压器消耗任何过多的功率，具备宽迟滞窗口的超低静态电流欠压闭锁模式使电荷能够在存储电容器上积累，直至降压型转换器可以高效率地将一部分存储的电荷传送给输出为止，在无负载休眠状态时，可调节输出电压，同时连续给存储电容充电。克服了现有验电显示及闭锁***存在安全隐患且极易受干扰的问题。

本发明不仅具有验电提示的功能，而且具有防误钥匙、电气闭锁接点等多种防误闭锁接口，全面实现各种设备的强制闭锁需求，有效地防止误入间隔、误登杆塔、误合地刀，给生产人员提供带电警示及强制闭锁功能，防止人身伤亡事故发生，保证作业人员安全；可安装于开关柜、环网柜、箱式变电站、GIS组合电气、电缆头、高压母线、线路接地刀、开放式组合电器等各种场所。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中功率放大器的电路原理图；

图3为图1中频率控制器的电路原理图。

具体实施方式

一种变电站智能高压验电显示及闭锁***，包括高压带电传感器、显示及闭锁控制器、电脑钥匙、五防锁具、五防控制***，高压带电传感器通过无线方式与显示及闭锁控制器交互连接；高压带电传感器安装在高压电气设备上，三个一组，分别对应高压电力设备的A、B、C三相；显示及闭锁控制器安装于安装于高压电气设备的开关柜的柜门或高压线路接地刀处；高压带电传感器、显示及闭锁控制器之间无线高压隔离；显示及闭锁控制器与电脑钥匙连接，电脑钥匙与五防锁具、五防控制***分别连接；显示及闭锁控制器包括显示器、验电能量采集器、功率放大器及频率控制器，显示器本体是由高聚光、高亮度、大功率的LED灯制成的；显示器中增设有闪光频率控制***；验电能量采集器是由整流器和降压型转换器集成的；功率放大器采用OTL功率放大电路，OTL功率放大电路的前端是电压放大器；频率控制器采用由 IGBT 组成的控制电路制成的。

具体实施过程中，该***按照安装场景可以分为户内型和户内型，户内高压验电显示及闭锁装置适用于开关柜等户内高压电力设备，针对户内设备内部结构复杂、空间狭小且相对封闭、电磁环境复杂等实际特点设计。无源感应取能器件直接安装在设备高压部位，通过耦合取能、功率放大的方式将高压电场转换为射频信号发送，接收控制模块对信号进行接收、转换、计算、判定，根据设备带电情况自动控制闭锁装置的开断状态；户外高压验电显示及闭锁装置适用于同塔多回高压输电线路及其接地刀闸等户外高压电力设备，针对户外设备空间相对开阔，自然光较强等实际特点设计。带电检测及显示模块直接安装在设备高压部位，通过耦合取能、功率放大的方式将高压电场转换为电能量，将带电信号通过大功率发光元件闪烁进行提示。同时发送射频信号到接收及控制模块射频信号发送，接收控制模块对信号进行接收、转换、计算、判定，根据设备带电情况自动控制闭锁装置的开断状态。

功率放大器将小功率信号进行调制、处理后，由于阻抗特性，如果直接联入耦合电路，就会因为信号太小，很快就被衰减掉。为此，必须利用现有技术将小信号进行功率放大使整个通信过程顺利进行。根据实际情况，功率放大器的技术主要实现以下方面功能：有足够大的输出功率，保证信号在耦合***和电路中传输中正常传输；要求功率放大器的额定负载阻抗与耦合电路阻抗匹配；由于负荷变化比较大，要求功放电路有强的带负载能力；要求功率放大器工作稳定，性能可靠。依照典型 OTL电路的特点，搭建实验电路如图所示。该电路中，前端是电压放大器，OTL电路由前端输入信号，后端为输出信号。

    频率控制器采用由 IGBT 组成的电路来产生大功率正弦信号，该信号经升压变压器升压及高压串联谐振电路放大后，电压等级可达高压、超高压、特高压级别，建立调频式谐振特高压试验电源的数学模型，并在此基础上提出了电压调节自调整比例-积分控制方法和一种新的PI锁相自动调频的方法，从而实现整个***的调压和调频，控制方法有利于消除***的稳态误差和提高***的动态性能，易于工程实现。频率控制***结构主要由三相不可控整流电路，H桥逆变电路，输出滤波器，串联谐振电路组成。

Claims (1)

1.一种变电站智能高压验电显示及闭锁***，其特征在于：包括高压带电传感器、显示及闭锁控制器、电脑钥匙、五防锁具、五防控制***，高压带电传感器通过无线方式与显示及闭锁控制器交互连接；高压带电传感器安装在高压电气设备上，三个一组，分别对应高压电力设备的A、B、C三相；显示及闭锁控制器安装于安装于高压电气设备的开关柜的柜门或高压线路接地刀处；高压带电传感器、显示及闭锁控制器之间无线高压隔离；显示及闭锁控制器与电脑钥匙连接，电脑钥匙与五防锁具、五防控制***分别连接；

显示及闭锁控制器包括显示器、验电能量采集器、功率放大器及频率控制器，显示器本体是由高聚光、高亮度、大功率的LED灯制成的；显示器中增设有闪光频率控制***；验电能量采集器是由整流器和降压型转换器集成的；功率放大器采用OTL功率放大电路，OTL功率放大电路的前端是电压放大器；频率控制器采用由 IGBT 组成的控制电路制成的。