摘要：国家的建设发展离不开电力能源，电力行业是我国现代化建设的重要支撑。我国电力需求大量增长，逐步建成了由高压输电线路构成的电力输送网络，实现了负荷中心与能源基地的联通。高压输电线路是高压输电工程的重要组成，运维检修是保证线路设备正常运行的必要手段，它关系着供电质量和供电可靠性，以及电力企业的整体效益等诸多问题。基于此，本文主要探讨了高压输电线路验电与安全报警系统。
关键词：高压输电线路；验电；安全报警系统
中图分类号：TM85 文献标识码：A
引言
高压输电技术快速发展，电压等级越来越高，高压输电线路运行维护难度相应增加。更复杂的作业现场环境以及技术落后的高压验电装置，增加了作业人员的工作难度，令操作人员对验电结果容易产生错误判断，造成安全事故。为避免事故的发生，对高压输电线路的作业安全提出了更高的要求，因此也对高压验电装置提出了新的要求。对高压输电线路的验电和新的安全报警方式进行研究具有很大的意义。
1高压验电器概述
高压验电器可分为接触式高压验电器和非接触式高压验电器
1.1接触式高压验电器
传统高压验电器大多为接触式验电器，由验电器检测部分和绝缘操作杆组成。接触式高压验电器大多采用电容分压的原理，称为电容型高压验电器。验电测量部分固定在绝缘操作杆顶部，验电时将接触探针直接与高压带电设备接触。如果验电部分带电，验电器发出报警，否则不发出报警。电容型高压验电器是通过测量流过验电器对地杂散电容的电流判断带电体带电状态。传统电容式高压验电器通常运用于交流高压输电线路或电气设备验电，具有体积小，便于携带，可有效验电，构造简单，成本低的特点，在一般电力工业场景广泛使用，生产工艺成熟。但是验电时必须于被测物体接触，在一些特殊操作环境下不便于使用，容易造成操作人员误进入带电设备危险电气距离内等情况的发生[1]。
我国对直流高压接触式验电装置的研究相对较少。在直流输电线路或电气设备需要停电检修的时候，需要由操作人员身着防护服采用导电体和绝缘绳组成的检测装置：用导电体靠近电气设备，观察被测电气设备是否产生对导电体放电的声光现象以判断被测设备是否带电。该验电方法相对危险，安全系数低，当输电线路较高需要操作人员爬到需要验电的设备处，劳动强度大，危险因素多[2]。
1.2非接触式高压验电器
现有非接触式高压验电器主要是通过检测高压输电线路或电气设备周围电场分布情况或电晕放电等相关参量来进行验电判断。由于采用非接触式验电，验电装置无需与被测带电体直接接触，有效避免了接触式验电器的部分缺点，尤其避免了由于验电装置的击穿而造成人身危险。现有非接触式高压验电器主要分为两种类型：基于电场测量原理的非接触式高压验电器和基于紫外检测原理的非接触式高压验电器。
（1）基于电场测量原理的高压验电器
基于电场测量原理的非接触式高压验电器主要是通过检测高压输电线路或电气设备附近的电场分布情况或感应电位参量来实现验电。物体带电状态时，其周围存在相应电场，通过测量被测物体周围电场分布，通过设定合适的阈值判断被测物体带电状态。基于电场测量原理的非接触式高压验电器主要有直接感应式和电场传感器测量式[3]。
（2）基于紫外检测法的高压验电器
当高压输电线路所带电压高于其起晕电压，在输电线路表面会发生电晕放电现象。高压输电线路或高压电气设备处于高压运行状态下产生的电晕放电现象，不仅会产生“呲呲”的声音，还会产生光亮，电晕放电现象会产生向外辐射的声波和光播。通常紫外线波长为 300nm~400nm 之间，电晕放电现象产生的紫外线波长一般为280nm~400nm 之间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过利用测量此波段内紫外线的传感设备对被测设备进行测量即可达到测量其表面电场强度的目的。由此可见，输电线路带电状态可以由被测体的电晕放电的紫外光参量进行判断。基于紫外检测法的非接触式高压验电器就是利用对特定波段范围内紫外线灵敏度极高的紫外线探头来检测高压输电线路或电气设备表面产生的紫外脉冲数来判定高压电气设备带电状态，所以其重点在于高灵敏度紫外线传感器的选用。基于紫外检测法的高压验电器具有体积小、灵敏度高、抗干扰性高等优点，但也存在一些不足：只有当被测高压输电线路发生电晕放电时才能可靠验电；对工作环境要求比较严苛，由于环境不同，对紫外线的影响很大且存在大量干扰，易影响到测量结果从而影响验电；此外基于紫外线检测的非接触高压验电器往往成本较高，不易于大范围推广使用[4]。
2验电与安全报警系统设计
验电与安全报警系统由主机、从机以及远端上位机组成。运用振动电容传感方法根据高压输电线路周围电场判断其带电状态。根据系统的功能需求，分模块设计以实现系统。系统采用主机、从机共同工作并报警的形式，验电与安全报警系统组成。
主机采用高压验电器常用的绝缘长杆顶部安装验电器头的形式，验电主机安装在绝缘长杆顶部，根据振动电容传感器原理设计一种传感模块结构。主机通过传感模块完成验电原始信息的测量并传输到其他模块。
从机作为现场便携终端由运维检修现场另外一名随行人员手持，因为现场操作时俩人员相距距离并不远，故从机选择通过无线通信与主机相连，可以使从机实时共享验电结果并作出相应警报动作，主机与从机构成联合报警最后验电结果通过 GPRS 通信模块传输远程上位机以作检查备份。
主机中包括传感模块、信号采集和处理模块、主控制模块、声光报警模块、ZigBee无线通讯模块、自检模块、电源模块及其电路等。
从机包括主控制模块、ZigBee 无线通信模块、GPRS 模块、报警模块、电源模块、LCD 显示模块及其电路等。系统中主机、从机的主要功能模块[5]。
主机主要功能模块工作方式为验电探针靠近被测物体，探针可不与被测线路接触，若被测线路导线中带电，则传感模块输出交变电信号，传感模块测量被测高压输电线路的电场强度作为原始信号，经过信号采集与处理模块输出验电测量值。如果主控制模块判断被测线路为带电状态，则控制声光报警模块发出声光报警；同时，主控制模块将验电结果通过 ZigBee 无线通信模块发送到便携从机。如果主控制模判定被测输电线路为不带电状态，则不对声光报警和无线通信模块动作。并且主机具有检测系统正常运行的自检模块，以定期检查验电装置正常工作能力。
从机主要功能模块工作方式为通过 ZigBee 无线通信模块建立主机与从机之间的无线通信连接并接收到主机传输过来的验电结果，将结果传输至主控制模块。主控制器 CPU 输出相应动作信号，控制报警模块作出声光报警；控制 LCD 显示模块对验电结果进行显示；控制 GPRS 通信模块传输报警信息至远程上位机[6]。
结束语
随着电力工业的不断发展，我国高压输电技术发展迅速，高压输电线路是我国电力网络的重要组成部分。保障数量庞大的电力线路设备正常运行十分重要，同时保障运维检修人员的人身安全问题也日益凸显，因此对电力安全工具高压验电器提出了更高的要求。相关结果表明所研究的验电与安全报警系统在高压电磁环境下能够检测高压输电线路的带电状态，验电方法稳定、灵敏，交流、直流均可检测，且系统能够及时发出报警信号。
参考文献：
[1]非接触式高压直流验电器的研究与实现[D]. 谭毓苗.重庆理工大学 2018
[2]基于电磁感应原理的非接触式验电器的研究[D]. 罗培根.重庆理工大学 2018
[3]220kV电容型高压验电器启动电压特性研究[D]. 李姗姗.武汉大学 2017
[4]基于有限元和模拟电荷法的输电线路工频电磁场的数值计算与研究[D]. 彭湃.广东工业大学 2016
[5]基于场强分布的非接触式超高压验电器设计[D]. 高桂华.西安电子科技大学 2014
[6]基于电场耦合原理的电压测量装置设计研究[D]. 罗睿希.重庆大学 2014
论文作者:李炳坤
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/25
标签：验电器论文; 高压论文; 模块论文; 线路论文; 电场论文; 测量论文; 电晕论文; 《科学与技术》2019年第11期论文;