非接觸式高壓帶電顯示裝置研究

謝雪峰

（國網安徽省電力公司祁門縣供電公司）

非接觸式高壓帶電顯示裝置研究

謝雪峰

（國網安徽省電力公司祁門縣供電公司）

電力企業為了保證電力系統的正常運行，確保人民群眾的生命財產安全，會對高壓電氣設備、輸電線路的帶電狀態進行實時監測。一般情況下，高壓帶電顯示裝置可以分為三種，分別是接觸式、非接觸式、等電位式。本文將針對非接觸式高壓帶電顯示裝置進行分析，明確高壓帶電顯示裝置的研究背景和意義，了解非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現狀，分析信號處理電路的設計方案。

非接觸式；高壓帶電；顯示裝置

前言

目前，我國電力市場中的高壓帶電顯示裝置都是以非接觸式高壓帶電顯示裝置為主。雖然非接觸式高壓帶電顯示裝置的應用十分廣泛，但是在實際應用過程中依然存在一定的問題。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝的過程中會受到安全距離的限制，為了保障非接觸式高壓帶電顯示裝置能夠發揮作用，在安裝時應該對線路停電。由于傳感器比較容易受到電場環境的影響，所以經常會出現非接觸式高壓帶電顯示裝置誤報、故障的情況，而且在維修、更換上也有一定的難度，還需要不斷進行非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究。

1 高壓帶電顯示裝置的研究背景與意義

我國電力需求主要表現在中部、南部、東部的發達地區，而能源卻主要分布在西部和北部，這種資源與需求的不平衡對我國電力事業的發展帶來了很大的挑戰。為了實現全國范圍內的資源優勢和經濟優勢互補，推動經濟全面建設的飛速發展，就必須要加強超高壓、大容量、遠距離電力輸送的發展，形成“西電東送、南北互供、全國聯網”的電力輸送格局[1]。

隨著社會經濟建設的飛速發展，人們對于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級不斷提升，超高壓、大容量、遠距離的電力輸送受到了電力企業的廣泛關注，同時，電力傳輸施工中的安全問題逐漸日益突出。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝過程中，需要對電氣設備停電之后才能開始安裝，為施工人員的生命財產安全提供了基本保障。

目前，我國發生了多起觸電事故，造成觸電事故的原因除了工作人員沒有嚴格遵照規章制度進行施工以外，還存在高電壓等級、安全距離、環境條件、氣候條件等安全隱患。非接觸式高壓帶電顯示裝置的存在價值就是盡可能的避免這些安全隱患，降低電力企業發生觸電事故的概率。

2 非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現狀

非接觸式高壓帶電顯示裝置主要包括三種形式，分別是感應式帶電顯示與閉鎖顯示裝置、等電位的帶電顯示裝置、電暈型帶電顯示裝置。感應式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的工作原理是將感應電極靠近高壓設備，交變信號會出現在電容之上，之后把信號傳輸給控制裝置，對信號進行放大處理，從而實現高壓帶電顯示的目標。感應式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的主要優勢是傳感器與高壓線路之間并沒有直接的接觸，所以不會發生感應式帶電顯示與閉鎖顯示裝置局部放電的情況，確保測量數據的準確性與可靠性。

等電位的帶電顯示裝置能夠發揮效果主要是因為高壓放電管的使用，確保電網的正常運行，既適合室內安裝，也適合室外安裝。電暈型帶電顯示裝置是利用了高壓作用下的電暈放電現象，通過這種方式對放電情況進行判斷，確保電力傳輸的正常運行[2]。

3 信號處理電路的設計

信號處理裝置是非接觸式高壓帶電顯示裝置中的重要組成部分，完善的信號處理電路設計能夠為非接觸式高壓帶電顯示裝置的正常運行提供基本保障。涉及到信號處理電路設計的裝置應該具備信號采集、信號傳輸、信號處理、信號應用等基本性能。電源、針板結構電容、保護電路、放大電路、濾波電路、比較器、分頻器、顯示電路共同組成了信號處理電路。圖1為信號處理裝置結構框圖。

圖1 信號處理裝置結構框圖

3.1 保護電路

保護電路通過兩個穩壓二極管方向串聯實現了對交流信號的限幅。穩壓二極管也叫齊納二極管，具有擊穿后也能保持兩端電壓不變的基本特征。保護電路在運行過程中，無法保證電路中各點電壓時時刻刻都保持在穩定的狀態，一旦發生電壓不穩定的情況，將會給信號處理電路的正常運行帶來一定的影響。把穩壓二極管接入到保護電路中，就能夠有效的避免電壓不穩定造成的影響，即使面對輸入電壓波動嚴重的情況，甚至輸入電壓超過穩壓二極管的穩壓電壓，穩壓二極管也會確保兩端電壓不發生變化，確保信號處理電路的正常運行，對后級電路進行保護[3]。

3.2 濾波電路設計

電噪音會對信號處理電路的正常運行造成一定程度的影響，不利于非接觸式高壓帶電顯示裝置的正常使用。電噪音是指能夠疊加在有用信號上，對信號傳輸進行干擾，并且還會導致原有用信號發生畸變的電量。一般情況下，在信號處理電路運行過程中，都非常不希望受到電噪音的干擾。然而，在非接觸式高壓帶電顯示裝置的實際使用過程中，微弱信號總是伴隨著電噪音信號，如果不能及時進行降噪和分離處理，電噪音信號將會與有用信號共存，給信號處理電路的運行造成一定程度的干擾。

造成噪音干擾的原因主要有兩種：①非接觸式高壓帶電顯示裝置自身電路伴隨的噪聲，像是非接觸式高壓帶電顯示裝置中零部件的造成、電路設計、元件選擇、元件布置不恰當引發的噪聲等。②非接觸式高壓帶電顯示裝置中的電暈放電產生的噪聲，其中頻率分量不同，產生的噪音種類也不盡相同。一般分成兩種噪音形式：①寬頻帶噪聲，聽起來像是破碎的聲音，很容易與其他噪聲進行區分。②純音噪聲，由于正負交變電壓而導致的導線正負電暈，從而產生音頻范圍內的噪聲[4]。圖2為交流電路可聽噪聲頻譜圖。

圖2 交流線路可聽噪聲頻譜圖

3.3 放大電路設計

信號處理模塊前端的作用是將輸入的小電流信號轉化成電壓信號，之后進行信號放大，為后級電路的進一步處理提供了方面。在放大電路的設計中，主要有兩種有效信號，分別是電容電流和電暈電流。噪聲為三次、五次等高次諧波，元件自帶的白噪音，來自線路或空間的高頻噪聲。要想更加全面的檢測到信號處理電路中的微小信號，必須要對電路中的信號進行放大。放大電路設計中使用的放大器要具備靈敏度高、噪聲低、帶寬足夠的基本特征。一般情況下，會選擇低阻抗、高阻抗、跨阻抗前端的方式進行放大電路的設計[5]。

3.4 比較電路設計

隨著科學技術的不斷進步，很多電路設計中都會使用DSP作為處理芯片，確保電路的正常運行。值得肯定的是，DSP處理芯片在實際使用過程中確實存在著一定的優勢，像是能夠儲存大量的數據信息，方便技術人員進行數據分析與計算等。但是，DPS處理芯片也有一定的劣勢，像是帶寬比較窄，頻率范圍達不到預期的效果等。本文設計的非接觸式高壓帶電顯示裝置初步設計只需顯示有沒有電，不需要進行大量的數據運算。但是，因為在使用過程中的頻率比較高，所以對其反應速度的要求比較高，故選用比較器即可[6]。

4 結論

綜上分析可知，隨著社會經濟建設的飛速發展，人們對于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級不斷提升，為了保證工作人員安全的情況下，確保高壓輸電線路的穩定運行，還需要對高壓輸電線路的狀態進行檢測。非接觸式高壓帶電顯示裝置是檢測高壓輸電線路運行狀態的主要手段，對非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究對于推動我國電力企業的發展有著重要的意義。

[1]商玲玲.新型非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究[D].山東大學，2012.

[2]鐘源，錢平，沈達.一種新型非接觸式高壓帶電顯示裝置[J].自動化應用，2015，12：97～98.

[3]胡榮華，劉曉澤，錢少鋒.一種新型高壓帶電顯示裝置的研究與應用[J].電子世界，2015，16：129～130+135.

[4]馮新江，吳健，歸宇，席俞佳，王 滌.避雷器泄漏電流式高壓帶電顯示裝置的應用[J].浙江電力，2016，04：74～76.

[5]吳健，徐昕，徐凱，席俞佳，歸宇.一種新型泄漏電流式高壓帶電顯示及閉鎖裝置的設計[J].自動化應用，2016，06：103～105.

[6]姚麗娟.一種高壓帶電顯示裝置（VPIS）的設計[J].科技傳播，2012，03：124+110.

TM84

A

1004-7344（2016）32-0115-02

2016-10-26

謝雪峰（1984-），男，江蘇宜興人，工程師，本科，主要從事配電網運維管理工作。