基于高效高質驗電的多功能驗電器的研發及應用

李靈勇

（廣東電網有限責任公司梅州供電局）

0 引言

《中國南方電網有限責任公司電力安全工作規程》明確指出，要規范使用驗電器，在驗電前先驗證驗電器性能情況，然后在停電設備上進行驗電。而目前電網企業生產所使用的驗電器多為聲光驗電器，與電力安全工作規程關于驗電要求方面存在一定矛盾，也增加了電力作業人員驗電時的人身威脅，影響驗電時的作業的可靠性。設計多功能新型驗電器，服務于高效高質驗電，筑牢安全生產防線是當務之急。

1 驗電器應用介紹

驗電器是一種用來檢查電壓線路和電力設備是否帶電的工具，是電力系統及工礦企業用電作業必備的安全工具，常用于檢測0.1～500kV線路或設備是否帶有運行工頻電壓，以確保在停電檢修時工作人員的人身安全［1］。驗電器上部是一金屬板或金屬球，它和金屬桿相連接，金屬桿穿過橡皮塞，其下端掛兩片極薄的金屬箔，封裝在玻璃瓶內。工作狀態下，當被檢驗物體接觸驗電器頂端的導體時，自身所帶的電荷會傳到玻璃鐘罩內的箔片上。由于同種電荷相互排斥，箔片將自動分開，形成一定角度，工作人員可以根據兩箔片的角度大小來估計物體帶電量的大小。驗電器主要分低壓驗電器和高壓驗電器兩類。其中低壓驗電器用來檢驗對地電壓在250V及以下的低壓電氣設備，主要由工作觸頭、降壓電阻、氖泡、彈簧等部件組成。它利用電流通過驗電器、人體、大地形成回路，其漏電電流使氖泡起輝發光而工作。只要帶電體與大地之間的電位差超過一定數值（36V以下），驗電器就會發出光，低于這個數值，就不發光，從而來判斷低壓電氣設備是否帶有電壓。高壓驗電器主要用來檢驗設備對地電壓在250V以上的高壓電氣設備，廣泛采用的有發光型、聲光型、風車式三種類型。它們一般都是由檢測部分（指示器部分或風車）、絕緣部分、握手部分三大部分組成。絕緣部分是指自指示器下部金屬銜接螺絲起至罩護環的部分，握手部分是指罩護環以下的部分［2］。其中絕緣部分、握手部分根據電壓等級的不同其長度也不相同。

2 傳統驗電器使用中存在的不足

當前電力系統驗電需求較大，實現高效高質地驗電理應是技術創新的研究點。我們對傳統驗電器使用情況進行分析，發現其實際生產中存在一些問題。其一，對于山區輻射式線路停電作業驗電工作，無法在附近找到電源點進行校驗。其二，大部分運行班組未配置工頻高壓發生器。其三，現使用的驗電器均發出“嘀嘀嘀”的提示音，根據聲音無法判斷驗電器相應的電壓等級，只能通過驗電器標簽或標識進行識別，易造成錯拿的情況。其四，現使用的驗電器無電量顯示，若使用過程中發生突然失電的情況，可能會造成驗電失敗。其五，現使用驗電器聲光檢驗方式，僅校驗聲光是否正常，線路板回路是否正常，無法判定驗電器觸針與線路板連接是否良好［3］。例如在一次變電站設備停電檢修中，操作人員在進行驗電操作前，按照操作程序在帶電設備上對驗電器進行自檢時發現，驗電器在設備較大的表面部位，如110～220kV開關的三角箱部、CT及PT的頭部、PH及PR型西門子刀閘的底座導體部位測量時無聲響及光亮指示，響應時間延長約3～4s；而在110～220kV設備表面較小的部位和35kV及以下電壓等級的設備上驗電時反應正常。

3 新型多功能驗電器設計

新型多功能驗電器是在保留傳統驗電器優勢基礎上的技術攻關成果，主要圍繞三大關鍵點進行技術創新，分別為語音設計、便攜式結構設計、自檢回路設計。設計的創新點主要體現在四個方面：第一方面，提示音升級為相應電壓等級的語音播報；第二方面，驗電器與工頻高壓發生器相融合，除聲光回路自檢外增加工頻驗電自檢；第三方面，增加電量顯示功能，并增加電槽、聲光與工頻發生器獨立電源；第四方面，雙回路自檢功能，可判定驗電器觸針與線路板連接是否良好［4］。

新型多功能驗電器的外觀如圖所示。

圖 新型多功能驗電器

該驗電器包括2個絕緣桿和手持桿，在絕緣桿上設有驗電器與驗電頭，驗電器配備有接地線夾；在絕緣桿上設有工頻高壓發生器，在驗電頭到工頻高壓發生器的電壓信號輸出端之間依次串聯有隔離開關、高壓旋轉隔離開關。高壓旋轉隔離開關由開關座和旋轉軸套組成，在開關座與旋轉軸套之間裝有定位裝置。多功能驗電器結構簡單、設計巧妙，實現了對高壓驗電器與工頻高壓發生器的一體化設計，在操作上簡單便捷，能夠安全有效地進行電壓匹配，有利于驗電作業人員快速、準確、安全地進行驗電操作。同時將提示音升級為相應電壓等級的語音播報，驗電器與工頻高壓發生器相融合，除聲光回路自檢外增加工頻驗電自檢。增加電量顯示功能，并增加電槽、聲光與工頻發生器獨立電源。增加雙回路自檢功能，可判定驗電器觸針與線路板連接是否良好。

4 新型多功能驗電器主要功能介紹

4.1 電壓等級語音播報

檢測部分通過旋轉調整電壓切換開關，來選擇對應不同的電壓等級驗電模式，將傳統的蜂鳴器改成語音報警模式。內置單片機芯片，主要功能是將驗電器所感應的電壓源通過振蕩電路，由高電平變成低電平。建立驗電器的語音回路，當接收到感應的電壓源導通后，啟動語音報警回路。驗電器數碼顯示屏對應工作電壓，在自檢試驗時，按試驗按鈕，點亮由LED三位數碼顯示對應的工作電壓等級，以便提醒使用人員驗電器當前的驗電工作電壓環境。驗電工作電壓具有中文語音提示功能，自檢試驗時，按試驗按鈕，中文語音報告“有電危險，請勿靠近”，提醒使用人員驗電器當前的驗電工作電壓環境。設計中文語音聲光報警功能，當試驗或驗電設備有電時，報警器發出“有電危險，請勿靠近”，同時報警器發出告警聲，發光管點亮并閃爍。使用時，工作人員將本實用新型多功能驗電器拿到變電站現場使用，可以檢驗不同電壓等級的帶電設備，只需要通過旋轉調整電壓切換開關，便可以快速地切換驗電電壓等級，從而進行相應電壓等級高壓設備的驗電工作。新型驗電器能驗10kV、35kV、110kV、220kV所有電壓等級。

4.2 工頻驗電自檢

多功能驗電器還具有工頻驗電自檢功能。包括用于感應高壓線路的工頻信號或感應另一驗電器互檢時產生的工頻信號的感應電路、用于產生工頻信號以使所述工頻正弦全回路自檢驗電器進行自檢與互檢的工頻信號發生電路、用于檢測工作電壓是否正常的欠壓監測電路、用于當工作電壓異常時報警的聲光報警電路。交流供電式工頻信號發生器，經過調壓器、升壓變壓器將工頻電升壓到驗電器啟動電壓，以此檢驗驗電器性能的好壞。自身供電式工頻信號發生器本身帶有可充電蓄電池，經過工頻逆變器將直流電變換成工頻電，然后經升壓器升壓至驗電器啟動電壓，用以檢驗驗電器性能好壞。工頻信號發生器在接通電源后，調壓器調到零位，將電源開關打開，一個人將驗電器探頭連接到發生器高壓輸出，另一人緩緩升高輸出電壓，至驗電器聲光報警，觀察驗電器報警時啟動電壓是否在規定范圍內。工頻驗電信號發生器使用后調壓器調到零位，關閉電源。

4.3 驗電器電余量顯示

驗電器具有由電子集成電路制成的聲光批示，性能穩定、可靠，具有全電路自檢功能和抗干擾性強等特點，通常驗電器需要使用電池，沒電的時候需要更換電池，但作為特殊設備，如果在電量不足或沒電的時候進行使用，會影響驗電效果，從而產生安全隱患［5］。多功能驗電器內部設置電量余量顯示系統，具有能夠通過信號燈反饋剩余電量及驗電器是否正常工作的特點。驗電器本體的正面設置有顯示屏，底部設置有電量顯示指示燈和故障報警指示燈，且電量顯示指示燈位于故障報警指示燈的正右方。通過設置數據采集模塊、數據處理模塊、控制節點單元、報警模塊和中央處理器，使用驗電器本體之前可通過電池監控芯片對電池余量進行檢測。此時通過數據采集模塊將電量信息傳遞到數據處理模快，通過電量信息數據處理單元將處理過的數據信息傳遞到中央處理器，中央處理器通過控制節點來控制電量顯示指示燈，當電量充足時電量顯示指示燈為正常亮度，當電池余量逐漸減小時，電量顯示指示燈逐漸變暗，方便人們觀察，避免在使用驗電器時發生電量不足的情況。

4.4 便攜式使用

傳統的驗電器具有不易攜帶、容易損壞等缺點。正常作業情況下，作業人員與高壓電之間要想形成有效絕緣隔離，要求絕緣桿長度合理。但長度過長容易使驗電測量時作業人員擺幅較大，增加安全隱患。傳統的驗電器操作桿原材料是環氧樹脂，整體偏重，無論是抽拉還是回縮耗時較長。傳統驗電器節與節連接處存在接口結構薄弱的問題，在特殊情況下易滑脫、卡殼、損壞。在研發多功能驗電器時，深入分析驗電器支援桿使用過程中的受力情況，在驗電器接口處加裝特殊套口，可以保證驗電器的強度。設計氣動伸縮絕緣桿，方便驗電器攜帶、存放、運輸，也實現傳統驗電器的小型化和輕量化改進。

5 多功能驗電器應用效益分析

5.1 經濟效益

在使用多功能驗電器后，減少了變電站驗電器的數量，降低了采購成本。同時采用多功能驗電器能夠滿足10kV、35kV、110kV、220kV等多個電壓等級的驗電需求，減少了多余的環節，縮短了停電操作時間，增加了年售電量。

5.2 安全效益

由于操作使用了中文語音報警來提示運維人員對當前驗電器工作的檔位（驗電電壓等級）的確認，以便提醒使用人員不會發生誤操作，安全可靠。

5.3 管理效益

多功能驗電器收納后占地面積小，便于攜帶和存放，還具有安全性高、結構簡單的特點，攜帶、使用和管理極為方便，更適用于多電壓等級操作，對提高工作效率和現場安全管理水平具有積極的作用。

5.4 前景效益

多功能驗電器填補了國內關于多電壓等級中文語音聲光報警驗電器、工頻自檢的空白，其使用方便，適用性強，可廣泛應用于各種電壓等級驗電操作。

6 結束語

驗電器是檢測物體是否帶電及粗略估計帶電量大小的專用儀器，在電力系統中應用廣泛。但傳統驗電器多為聲光驗電，存在電源點校驗支持不足、工頻驗電自檢效果不佳、電量無法正常顯示、電壓等級語音播報無法實現等諸多問題。研發出一種多功能新型驗電器來解決上述問題，可提高驗電作業的安全性與可靠性，筑牢安全生產的新防線。從多功能驗電器應用的經濟效益、安全效益、管理效益、前景效益來看，其理應推廣到電力行業配網驗電作業中。