現場放電棒及試驗線檢測裝置的研制

高惠新　周剛　尚浩志　徐偉　虞嶸

摘要：為了解決當前條件下高壓試驗放電棒及其附屬試驗線檢測周期長以及安全存放難的問題，研制出了現場放電棒及試驗線檢測裝置。該裝置由放電棒放置區域、試驗線放置區域、試驗夾和試驗插片放置區域以及檢測裝置四個部分組成，放電棒的高壓端和接地金屬端通過U型金屬卡槽與檢測裝置相連，通過對其電阻的測量，實現放電棒的狀態檢測；檢測裝置上的五組試驗端子與試驗線相連，可同時實現五組試驗線的狀態檢測。實際應用表明，本文研制的現場放電棒及試驗線檢測裝置使用方便，可在工作現場對放電棒及試驗線狀態進行實時檢測，同時實現放電棒及其試驗線的安全存放。

關鍵詞：放電棒；試驗線；狀態檢測

引言

隨著電網的快速發展，電網規模迅速擴大，作為電力系統的重要一環，變電所內的設備數量種類繁多，結構復雜。根據我國電力安全生產規程規定，為了保證電力系統設備高壓試驗時工作人員的安全，須在試驗接線前或在試驗過程中需要拆除或更改被試設備上的試驗接線之前，采用高壓試驗專用放電棒對被試設備進行可靠放電并接地[1]。因此，高壓試驗放電棒及其試驗線質量是否完好，工作是否可靠，對于保證高壓試驗中人身和電網設備的安全具有現實的重要意義。

一、、現場放電棒及試驗線檢測裝置的研制概述

現場放電棒及試驗線檢測裝置由放電棒放置區域、試驗線放置區域、試驗夾和試驗插片放置區域以及檢測裝置放置區域組成。各區域之間由鋁合金板隔斷，鋁合金板外緊敷一層高密度海綿。放電棒放置區域內放置兩根10kV放電棒，放電棒的高壓和接地金屬端分別卡接在U型金屬卡槽中，防止在搬運過程中放電棒在箱體內移動撞擊而損壞。

現場放電棒電及試驗線檢測裝置是針對放電棒放電端高壓電阻及其試驗線通斷情況進行測試的綜合檢測儀器。檢測裝置面板上有五組試驗端子，可以同時檢測5個通道試驗線的通斷狀態；通過U型金屬卡槽與放電棒相連，可測量放電棒的高壓電阻。當檢測裝置測得的放電棒及試驗線的電阻超過設定閥值時，檢測裝置便通過內置ARM控制器中的聲光報警器進行聲光報警[2]，及時發現安全隱患。同時，該裝置內置電池，并帶有電池剩余量顯示功能，在電量不足時，能及時提示對裝置進行充電。在無需外置電源的情況下，該裝置也可以方便、準確的對放電棒及其試驗線狀態進行檢測。

二、、硬件設計

（一）原理框圖

檢測裝置由顯示屏、按鍵、電阻測量電路組成，并內置有12V可充電電源；所述12V可充電電源通過限流恒壓源輸出測試電流，并經電流采樣電阻自動切換機構連接于測量通道。測量通道總共有五路，分別對應于檢測裝置面板上的五組輸出端子。電阻測量電路包括接收電路采集到的電壓和電流信號[6]并進行模數轉換后進行信號處理的ARM控制器。

（二）電源模塊設計

電源模塊由充電接口、充電電池以及輔助電源組成。正常情況下，由額定電壓為3.7V的鋰電池給輔助電源供電，在電量不足時可通過充電接口進行充電，以保證系統的正常供電。

裝置內置鋰電池的額定電壓為3.7V，充滿時為4.2V，而系統內部電路的工作電壓為3.3V，因此必須通過輔助電源進行降壓穩壓。電池電壓+12B經面板開關供給電路板，Q1、R8、E4、R9、Q2、R11、R12組成軟開關，當檢測到電池電壓過低時，由主控制器將PWON信號拉高，起到自動斷電作用。后級由U2-LM2576和U3-1117兩個穩壓模塊，分別產生+5V和+3.3V的輔助電源，供給電路中的元器件工作。

（三）電壓電流信號采樣通道

電壓電流信號采樣通道是：采樣到的電壓、電流信號，經過差分運放AD8253，輸出至串行模數轉換器AD7799，轉換結果通過SPI串行接口傳送至主控制器進行計算和處理。

（四）ARM控制器

主控制器選用STM32F103VBT6，該控制器是高性能32位ARM處理器，工作在72MHz高速主頻下，功能強大，而且成本低廉，非常適用于各種復雜控制的應用中。

（五）電流輸出回路

+12V電壓，經K2、K4、K6、K7、K8繼電器將面板的5個測試通道分別接入測量回路，由Q3、R22、R23、R24、D6組成的限流電路，將輸出電流限制在0.5A以內。繼電器K1、K3、K5切換了1Ω、100Ω、10kΩ三檔電流采樣電阻，以適應不同的負載情況，保證測試精度。

三、、軟件系統設計

系統開機后，首先進行相關初始化工作，在這完成后，系統顯示總菜單，進入按鍵掃描程序，等待進一步操作。點擊菜單進行測量時，首先開啟電源輸出，再測量通道電壓、電流信號，再計算回路阻值，再依次切換通道，將每一個通道的回路阻值進行測量，最終在顯示屏顯示各通道的回路電阻值，并與設置的電阻閥值進行比較，當阻值超限時，裝置發出聲光提示。

四、、結論

針對目前電力系統中高壓試驗放電棒及其附屬試驗線存在的問題，研制出了現場放電棒及試驗線檢測裝置，本文從硬件、軟件和裝置實物三個方面對裝置進行了介紹，得到以下結論：

（一）本文介紹的現場放電棒及試驗線檢測裝置，可實現放電棒的安全存放，規范了高壓試驗放電棒及其試驗線的管理，避免了一些不必要的設備損耗，延長了其使用壽命，具有很大的經濟效益。

（二）本文介紹的現場放電棒及試驗線檢測裝置，解決了當前條件下高壓試驗放電棒及其試驗線檢測周期長，不能在使用前對其設備狀態進行實時檢測的問題，消除了設備安全隱患，提高了高壓試驗的安全性。

（三）在實際應用中，本文介紹的現場放電棒及試驗線檢測裝置，切實可行，這對于保障人身和電網設備安全以及減少電網運行成本具有重要的積極意義。

參考文獻：

[1] 張懷宇，朱松林，張揚.輸變電設備狀態檢修體系研究與實施[J].電網技術，2009，33 （13） ：70-73.

[2] 孫張建，夏楊，丁西春.接地線聲光報警裝置的研制與應用[J].科技創新導報.2013 （28） ：69.