摘要：多年来带电显示器的故障率一直居高不下，尤其在10 KV设备上，许多开关柜投运不久就出现带电指示灯不亮或指示错误等现象。为了对故障部分进行处理，检修人员如果在停电状态下检修，会降低供电负荷，从而降低供电可靠性；如果不停电检修，由于更换显示器必须打开柜门，增加了检修人员触电的危险性，不能保证安全性。
关键词：变电站：10 KV开关柜；带电显示器；显示单元；
10 KV开关柜内带电显示器故障率高，检修人员对其进行带电维护安全风险很大，进行停电维修又无法保证供电的可靠性，因而存在检修上的两难境地。通过近些年对带电显示器故障类型进行统计并对故障原因逐一深入探索分析后，对故障频出的显示单元和传感单元进行了改进，采用新型材料和更优的原理，保证带电显示器的使用寿命，降低故障率；同时，针对停电还是带电检修的两难问题，改进了带电显示器的主体结构。当对改进后的带电显示器检修时，不需停电即可进行，并且能充分保证人员人身安全，从而提高了供电可靠性，也方便了检修人员快速更换故障部件。
一、故障类型及原因分析
1.显示单元故障。（1）根据国家电网公司下发的《高压带电显示装置技术规范》标准，对显示单元使用寿命做了规定：显示单元中显示元件的连续工作寿命应不少于5万h，显示单元应能耐受10 000次连续接通和断开试验而不发生损坏。但是，经过大量的现场调查和研究分析，发现一般带电显示器显示单元也只能工作3万h左右，质次的甚至不到1万h；而故障的带电显示器80％以上电路板等部分均正常，主要原因是发光元件寿命短。（2）目前合肥地区10 kV开关柜主要采用的是氖泡型带电显示器，氖泡作为带电显示装置的发光元件具有耗电量小的优点；但由于氖泡中的氖气因热胀冷缩容易泄漏，氖气的减少会影响臭氧产生量，进而影响氖泡发光，使得氖泡的使用寿命很短，在实际挂网运行中故障率很高，即使新投运不久的开关柜也经常出现带电指示灯不亮的现象，很大程度上影响了带电显示装置各项功能的实现。部分厂家为了延长其氖泡使用寿命，在带电显示器上加装控制氖泡的开关，仅在需要查看时才打开；但是，调查后发现，这样的改进虽然有一定效果，但仍然是故障频出。
2.传感单元故障。某地区目前使用的10 KV带电显示器传感单元多是接触式，基于电容分压原理，由支柱瓷绝缘子式传感器、显示器和整流元件组成。经过调查发现，由于支柱瓷绝缘子式传感器与高压带电母排直接相连，这种特殊结构决定了当芯棒击穿或外壳体绝缘闪络时容易造成安装处的单相接地故障；同时，芯棒与外壳体胶粘组合时，可能出现局部放电。最主要的是这种电容式探头没有过压保护措施，在长期使用过程中，由于电荷积累，使内部的高压电容容易被击穿，致使感应部分出现故障。正是这些原因，造成了传感单元的故障偏多，经常导致探头或整流元件损坏。
3.其它类型故障。其它故障情况有电路板部分元件损坏，引线接触不良等，这些故障所占比例很小。改进的重要性。鉴于以上情况，对10 kV带电显示器改进显得尤为重要，特别是显示单元和传感单元的改进，以求从根源上降低其故障率，防止故障发生，保证可靠性。
二、检修的难题
1.带电检修。目前安装的10 KV高压带电显示器，主体部分内嵌在开关柜柜门上，需要对内部元件更换时，必须打开柜门，使用螺丝刀从柜门内侧拆下带电显示器，再将带电显示器外壳卸下，对其中的故障元件进行更换。由于要打开开关柜柜门，而柜内存在大量二次接线以及各类一次高压设备，检修人员在工作中极易误碰引发触电，造成人员人身伤害，故带电检修无法保证检修人员的安全。
2.停电检修。（1）停电检修能够保证安全．陛，但是需要变电站运行人员配合，经过调度许可，由运行人员操作，并且布置安全措施，这个期间会耗费大量时间。同时，检修人员要与运行人员确认安全措施，由运行人员许可工作，并且检修负责人需要举行开工会，向成员交待工作内容、危险点及注意事项，而这个过程也会耗费大量时间。最后在工作结束时，检修负责人与运行许可人还要对检修设备进行检查，终结工作票，并恢复运行，也会进一步延长停电时间。（2）然而，带电显示器的检修工作并不复杂，检修人员在0．5 h之内均可以顺利完成1台带电显示器的检修，但加上上述提到的各种时间耗费，总的停电时间就大大加长了。因此，停电检修降低了供电可靠性，对用户日常生产生活造成不便，容易引发用户对供电部门的不满情绪。
3.检修现状。带电检修不安全，停电检修影响供电，陷入两难。当带电显示器发生故障时，为了保证人身安全，目前检修人员只能进行停电检修；由于l0 KV带电显示器故障率高，总停电检修时间显著增加，对供电可靠性造成严重影响，影响了用户用电需求。
三、改进方法
1.显示单元改进。（1）由于显示单元中氖泡易故障，大大影响了显示单元的使用寿命，针对这个故障类型，在查询市场上的发光元件相关信息后，本文决定采用现在使用较多、寿命更长的二极管，代替氖泡。（2）发光二极管不仅具有工作寿命长，通常能达到l0万h以上，而且发光亮度高、功耗低，其工作电压一般只需达到1．8至2．5 v即可启辉，被公认为今后照明光源的发展主流。因此，用发光二极管替换氖泡是比较理想的选择。
2.传感单元改进。（1）针对广泛使用的基于电容分压原理的接触式探头易故障的缺点，决定采用电磁感应式探头，探头不与高压母排直接相连，提高使用寿命。电磁感应式探头在高压交变电场的作用下，会产生1个交变的电流信号，再通过电缆把此感应电流信号传送到显示控制器。信号经滤波处理，有效清除各种高次谐波信号，经过电流／电压变换，输出工频50 H z电压信号，再经补偿放大、检波处理，进入可编程控制电路进行处理，最终输出显示信号。改进前后原理对比图见图1
（2）改进后的传感器可以安装在线路安全距离之外，传感器与高压母线不直接接触，可靠性较高；装置本身不会产生局部放电；探头后端具有过压保护措施，在长期使用过程中，会将感应极板上积累的电荷释放掉。这种连接方式不易出现故障，安装和检修时无需做局放试验，简单方便，维护费用低，使用寿命长。
图1改进前（左图）和改进后（右图）的传感单元原理图
3.插拔式结构。（1）上面提到当带电显示器故障时，带电检修无法保证安全，停电检修降低了供电可靠性。因此，设计一种全新的带电显示器结构，以解决这个两难的问题，并降低总停电检修时间。整个带电显示器主体被分为两大部分，一部分是主壳体，另一部分是显示单元及电路板。主壳体使用仪器固定卡子内嵌在柜门上，四周是塑料挡板组成的壳体，而正面无挡板，用于显示单元及电路板插入，见图2；背面壳体上有带电显示器的二次接线端子，用于将探头部分获取的电压传到显示部分上以及各闭锁信号线，见图3。
图2改进后带电显示器正面设计图
图3改进后带电显示器背面设计图
（2）显示单元及电路板主要由送变板、显示板、电源板、自检解锁按钮和二极管组成，其中电源板、送变板和显示板负责将探头送来的电流信号信号经滤波处理，有效清除各种高次谐波信号，经补偿放大、检波处理，进人可编程控制电路进行处理并供给二极管发光使用。同时，配合自检按钮和解锁按钮实现自检和解锁的信号发送、传递和实施。
结语：
总之，对10 KV带电显示器进行了部件和结构的改进，在检修过程中，既能确保供电可靠性，又可大大降低人员触电危险。
参考文献：
[1]张祥夫，浅析电磁感应式插拔结构10kV带电显示器的分析.2017.
[2]李小敏，浅谈电磁感应式插拔结构10kV带电显示器的研究.2017.
论文作者:吴文伟1,朱守能2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/10
标签：显示器论文; 故障论文; 单元论文; 人员论文; 柜门论文; 可靠性论文; 元件论文; 《电力设备》2018年第36期论文;