新型高壓帶電顯示裝置的設計與實現(xiàn)探究

劉宗良++俞戍++姚棟

摘 要：本文簡要介紹了新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)關鍵技術和系統(tǒng)組成，在此基礎上對新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)設計與實現(xiàn)進行研究，最后對新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)的應用進行分析。

關鍵詞：新型高壓帶電顯示裝置；系統(tǒng)設計；系統(tǒng)實現(xiàn)

引言

隨著國內城市電網(wǎng)建設與改造的加快，高壓進入市區(qū)，直接深入負荷中心，環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結果。目前大部分開關設備上都安裝了高壓帶電顯示裝置，大部分為無源提示型帶電顯示裝置，少部分為有源提示型或強制閉鎖型，在環(huán)網(wǎng)柜設備上幾乎全部是無源提示型產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的存在和使用，為操作人員直觀觀察高壓設備的帶電狀況提供了可用的手段，有著積極地意義。

一、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)關鍵技術和系統(tǒng)組成

（一）關鍵技術

本設計無外接電源，僅有傳感器的輸出信號，且傳感器輸入信號根據(jù)傳感器類型從幾十到幾百微安不等，為了完成帶電顯示和閉鎖功能，需要解決以下關鍵技術：①從傳感器輸入信號中獲取電源；②微弱電流點亮LED；③微弱電流驅動閉鎖元件完成閉鎖功能；④模擬高壓環(huán)境進行測試。

（二）系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，高壓帶電顯示裝置由三個傳感器和一個顯示器經(jīng)導線連接組成。

帶電顯示和強制閉鎖均受同一高壓信號所控制，但電路系統(tǒng)又是相互獨立、互不干擾。傳感器共三支，分別對應“A，B，C”三相帶電體，它采集高壓帶電體的信號，并傳送給顯示裝置進行比較判斷。顯示裝置接收到傳感器輸出的交流電流信號后，經(jīng)信號輸入處理電路將信號分為兩個部分。

二、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

（一）信號輸入電路設計及實現(xiàn)

信號輸入接口電路是顯示裝置與傳感器的聯(lián)系電路。當高壓線路帶電時，裝置從傳感器接入的信號是50Hz的交流電流信號。發(fā)光二極管有正負極之分，因此不能直接使用這個信號來驅動發(fā)光二極管，此外，閉鎖驅動電路采用數(shù)字電路，也需要驅動源，因此需要對其進行處理。設計上使用整流器對信號進行處理。整流器是將方向、大小時時在變的交流電，變?yōu)榉较虿蛔?、大小在變的單向脈動電。變?yōu)閱蜗蛎}動電之后，就可以用來驅動發(fā)光二極管了。再經(jīng)過濾波電路、穩(wěn)壓電路，將脈動電變?yōu)榇笮〔蛔兊闹绷麟?。這樣的直流電就可以提供給驅動數(shù)字電路完成閉鎖功能了。

（二）帶電顯示功能的設計及實現(xiàn)

從功能上考慮，由于傳感器的電流微弱，直接用它來驅動發(fā)光器件的話，顯示的亮度不高，可視度不好，起不到帶電提示的作用，因此帶電顯示功能的實現(xiàn)采用蓄電點燈的方式。當由整流模塊產(chǎn)生的電壓低于儲能電容兩端的電壓時，儲能電容處于充電狀態(tài)，此時能量泄放管呈高阻抗，用作帶電顯示的發(fā)光二極管不亮；當儲能電容兩端的電壓大于能量泄放管的導通電壓時，能量泄放管導通，此時儲能電容通過由能量泄放管，限流電阻，以及發(fā)光二極管構成的放電回路放電，從而發(fā)光二極管點亮；當儲能電容C兩端的電壓不足以維持能量泄放管導通時，儲能電容結束放電，繼而轉入充電狀態(tài)，準備下一次放電點亮發(fā)光二極管。

（三）閉鎖功能的設計即實現(xiàn)

本設計選擇了SUPERTEX公司生產(chǎn)的耗盡型N-MOSFET DN5A。其擊穿電壓為90V，可以滿足目前大多數(shù)自帶電源的電磁鎖。閉鎖元件需要電源才能完成預定的動作。在本設計中，閉鎖電源來自于傳感器的輸出。該信號是頻率為50Hz的交流電。閉鎖輸出用于為閉鎖機構提供信號，采取無源負驗電方式。即當高壓設備帶電時，閉鎖輸出正和閉鎖輸出負之間為高阻狀態(tài)，對于閉鎖機構來說相當于“斷開”；當高壓設備不帶電時，閉鎖輸出正和閉鎖輸出負之間為低阻狀態(tài)，對于閉鎖機構來說相當于“短接”。

三、新型高壓帶電顯示裝置系統(tǒng)應用

（一）解決的技術問題

由于現(xiàn)有的高壓帶電顯示閉鎖裝置的尺寸比較大，受現(xiàn)場環(huán)境及空間限制，有時會與其他裝置干涉而導致難以安裝，致使產(chǎn)品不能有效的大面積推廣使用。本裝置以此為出發(fā)點，在設計上采用與單軸電腦鑰匙配合使用進行通信，大大減小了裝置的外形尺寸，使得裝置小巧而靈活，可以適合于更多現(xiàn)場的安裝和使用，且操作更加簡單、可靠。另外現(xiàn)有的探針接觸方式更加可靠有效，避免了原有電腦鑰匙與裝置接觸不良。

（二）實現(xiàn)方案

原有方案使用雙軸電腦鑰匙與高壓裝置進行通信，鑰匙接口部分的區(qū)域尺寸占比比較大，導致整個裝置的的空間也需要相應的增大，現(xiàn)場安裝不方便；其次，電腦鑰匙與裝置的的通信時通過電腦鑰匙兩側的電極與裝置鑰匙接口部分的左右電極的接觸來實現(xiàn)，存在虛接觸與假接觸不良的現(xiàn)象。

新型高壓帶電顯示裝置有效減小了裝置尺寸、使之更加靈活而適應現(xiàn)場安裝；取消了原有的雙軸電腦鑰匙，使得裝置使用更加可靠而操作簡單。當電腦鑰匙使用時，將鑰匙解鎖頭部分插入高壓裝置的鑰匙接口，解鎖頭兩側的電極將會和裝置內的探針接觸并由一定的壓迫，利用探針的回彈性，可以保持兩者的有效接觸，保證通信的可靠性。帶有單孔鑰匙接口的方形外形，分上蓋和底蓋兩部分。產(chǎn)品尺寸更加小巧、能夠應用于更多的現(xiàn)場：改變了原有裝置尺寸過大而不能適用于更多現(xiàn)場的問題，能夠靈活安裝適用。操作更簡單、通信更加可靠：原有裝置的通信需要靠雙軸電腦鑰匙的雙孔來定位和接觸、操作時需要雙孔定位，且容易摔壞。現(xiàn)有裝置采用單孔，定位簡單、容易；并通過探針與單軸電腦鑰匙兩側的電極進行通信，當電腦鑰匙插入鑰匙接口孔之后，探針回彈將與電極有效接觸，避免了原有設計的可能的虛接觸和假接觸的不良。

結語：

總而言之，電力系統(tǒng)的工作環(huán)境以及人為操作環(huán)境哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都會對運行操作人員造成嚴重的人身傷害或對設備造成損毀，所以，電力行業(yè)安全化建設越來越重要。本裝置的實施和推廣應用可以杜絕人為操作事故的隱患，保證操作者的人身安全和設備的運行安全，可為國家節(jié)省電力設備直接經(jīng)濟損失和因電力事故而造成的其它行業(yè)經(jīng)濟損失，具有極大的社會經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]周鋒，王鵬程，翁利國等.一種不停電安裝的新型高壓帶電顯示裝置的研制[J].自動化應用，2016，07（8）：123-125.

[2]胡榮華，劉曉澤，錢少鋒等.一種新型高壓帶電顯示裝置的研究與應用[J].電子世界，2015，10（16）：129-130，135.

[3]周谷亮.高壓帶電顯示裝置在配網(wǎng)中的應用[J].電工技術，2015，11（3）：37，50.

[4]吳健，徐昕，徐凱等.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，2016，07（6）：103-105.