高壓開關柜帶電顯示器檢測工具的研制與應用

勞錦富

(廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528300)

1 引言

高壓帶電顯示裝置用于電力系統中，能將高壓帶電體帶電與否的信號傳遞到發光或音響元件上，顯示或同時閉鎖高壓開關設備，起到防止設備電氣誤操作和保障人身安全的作用。高壓帶電顯示裝置傳感器按照信號采集方式，分為接觸式、感應式和等電位式三種。接觸式高壓帶電顯示裝置由一個陶瓷電容為芯棒，利用電容分壓原理，在絕緣子低壓側抽取電壓作為指示燈的發光電源，普遍應用于10～35kV高壓開關柜中。

在日常設備運維工作中，經常出現帶電顯示器無法正常顯示的問題，影響運行人員對設備運行狀態的判斷，大部分情況下(柜后帶電顯示器檢修等)需要將10kV線路進行停電后，才能打開開關柜后門對帶電顯示器進行檢修。導致帶電顯示器失效的常見原因有：

(1) 傳感器故障：可通過外觀檢查、測量電容值方法檢測；

(2) 整流器故障、接線錯誤：可通過萬用表通斷功能進行測試；

(3) 帶電顯示器故障：目前只能通過配套對應的傳感器，通過交流發生器產生10kV電壓模擬現場進行檢測，工作量大、現場應用不方便。

因此，大部分情況下檢修人員會在沒有進行檢測的情況下直接更換帶電顯示器，只能待設備送電后才能確定缺陷是否消除。而由于線路問題、更換的備品質量問題，導致消缺未完成的情況時有發生。此時，需要再次申請停電檢修，大大增加運行、檢修人員的工作量并且嚴重影響供電的可靠性。另外，在日常工作或大修技改工程中會購置一批帶電顯示器作為更換的備品，備品到貨后只能通過外觀檢查方法進行驗收，缺乏有效的檢測途徑進行抽樣檢查。

針對上述問題，為了避免重復停電，提高工作效率，研制一種便于攜帶的帶電顯示器檢測工具，可快速便捷地檢測帶電顯示器是否正常。

2 接觸式高壓帶電顯示裝置

圖1 帶電顯示裝置簡化原理圖

而根據帶電顯示器內指示燈的指示方式，接觸式高壓帶電顯示裝置又可分為長亮型和閃爍型。其原理圖分別如圖2～3所示。

圖2 長亮型帶電顯示裝置

圖3 閃爍型帶電顯示裝置

長亮型帶電顯示裝置：高電壓經傳感器分壓后取出低電壓直接輸入至帶電顯示器，電壓滿足指示燈工作要求時即可實現常亮，從而顯示高壓母線帶電情況。

閃爍型帶電顯示裝置：顯示器內部可理解為若干氖泡串聯后再與電容并聯。高電壓經傳感器分壓后取出低電壓，經整流器輸出直流脈動電壓至帶電顯示器，即對顯示器內部并聯電容進行充電，當充電電壓達到氖燈工作電壓時即釋放，氖燈閃亮一次，然后再進行充電，以此重復實現指示燈的閃爍。

3 帶電顯示器檢測工具的研制

3.1 檢測工具的特點

(1) 可適用于不同廠家的長亮型、閃爍型帶電顯示器的檢測；

(2) 體積小、操作簡單，便于攜帶；

(3) 檢測工具輸入電壓為AC220V，方便在高壓室、辦公場所應用。

3.2 設計方案

檢測工具箱體效果圖如圖4所示，其中包括4個模塊：

圖4 檢測工具設計方案

(1) 電源輸入模塊：用于連接外部AC220V電源；

(2) 輸出選擇模塊：包括長亮型和閃爍型檢測；

(3) 電壓監測模塊：用于監測輸出至帶電顯示器的電壓值；

(4) 連接模塊：用于將檢測工具與帶電顯示器連接。

3.3 電路圖設計

(1) 長亮型帶電顯示器檢測

通過上述帶電顯示裝置原理的概述，可知道長亮型的帶電顯示器工作時是通過電容分壓原理將高的母線電壓轉換成低的交流電壓輸入至帶電顯示器中。不同廠家的帶電顯示器其正常工作時的交流電壓不一，經試驗測試研究，在輸入AC10～150V之間即可實現有效的檢測。

為此，檢測工具在工作電源為AC220V下，通過可調變壓器，使其輸出可調整的電壓，再串聯一個限流電阻即可實現顯示器的檢測功能。其三相檢測電路原理圖如下圖所示，其中電壓表對于監測實時輸出電壓。

圖5 長亮型帶電顯示器檢測電路圖

(2) 閃爍型帶電顯示器檢測

檢測工具輸入電壓為AC220V，若需要在此電壓范圍內實現顯示器的檢測，則需要調整串聯電容的大小(即改變高壓回路中傳感器的電容值)，使其充電電壓能同樣達到氖泡的工作電壓[2]。進行試驗分析發現，針對不同型號的帶電顯示器，通過匹配使用15-434nf的電容代替原本的傳感器，即可實現檢測功能。其測試波型如圖7所示。

圖6 閃爍型帶電顯示器測試波形

圖7 閃爍型帶電顯示器檢測電路圖

從上面分析可看出，通過串聯電容的選擇再經過二極管的整流電路輸入至帶電顯示器即可實現檢測功能。其三相檢測電路圖如圖7所示。

4 檢測工具的應用

4.1 檢測工具使用步驟

圖8 檢測工具面板

(1)確定檢測工具電源開關、空氣開關處于斷開狀態，電壓調節開關轉到最小輸出位置；

(2)將待檢測的帶電顯示裝置與高壓回路斷開；

(3)使用連接線將檢測工具的輸出端、接地端分別與帶電顯示器A、B、C任意一端和地端連接；

(4)將檢測工具接上AC220V電源；

(5)確定待檢測的帶電顯示裝置屬于閃爍型還是長亮型，如無法確定先以長亮型模式檢測，如果不亮則再以閃爍型模式檢測。

A.長亮型模式

合上電源開關、空氣開關，將模式轉換開關切換到“長亮型”，觀察帶電顯示器是否亮，如無反應，慢慢調節電壓調節開關，并觀察萬用表，最高輸出電壓不得超過150V。若升至150V帶電顯示器依然不亮則說明帶電顯示器存在故障。

B.閃爍型模式

合上電源開關、空氣開關，將模式轉換開關切換到“閃爍型”，觀察帶電顯示器是否閃爍、光亮。如無反應，依次調節電容切換開關。若調節到“4檔”帶電顯示器依然不亮則說明帶電顯示器存在故障。

(6)檢測完成后，將模式轉換開關切換至中間檔，電容切換開關切換至“1檔”，斷開電源開關、空氣開關，拆除電源線后，再將連接線拆除。將所有工具、材料放回至保護箱內。

4.2 檢測工具測試及現場應用

通過研制的檢測工具應用，截止目前，發現多起由于整流器損壞、導線接觸不良等原因引起的帶電顯示器不亮的缺陷，有效地提高現場工作效率，避免重復性停電。

(1) 備品測試：檢測工具制作完成后，對現有的帶電顯示器備品進行檢測試應用，經測試，市場上的10kV開關柜帶電顯示器均能通過檢測工具實現檢測功能，如下圖所示：

圖9 檢測工具測試應用情況(左為長亮型、右為閃爍型)

圖10 檢測工具現場應用

圖11 帶電顯示器內部接線

(2) 現場應用1：某110kV變電站10kV電容開關柜帶電顯示器B相指示異常，通過使用檢測工具對帶電顯示器A相進行檢測時，發現A、B相指示燈均亮的異常情況。后測量傳感器、整流器、二次接線發現，A、B兩相整流器接線錯誤、B相二次接線存在接地等缺陷。

(3) 現場應用2：對某廠家帶電顯示器進行檢測，發現ABC三相均不能正常顯示，打開帶電顯示器內部，發現其標識的接地端在內部電路中實際上為懸空狀態，若按照原帶電顯示器的接線方式A、B、C、GND端接線，帶電顯示器將會無法工作。

5 結語

本文詳細介紹了開關柜帶電顯示器檢測工具設計的原理、方案及使用方法。在日常變電運維工作中，結合本工具的應用可有效提高檢修工作效率。同時結合現場工具使用情況，提出下述建議：

(1) 檢測工具改進：閃爍型帶電顯示器檢測中增加整流硅回路的選擇。即現場可選擇：檢測工具自帶整流硅直接檢測帶電顯示器或選擇不帶整流硅檢測柜內的整流硅及帶電顯示器。

(2) 帶電顯示器改進：現市場上開始出現拔插式的帶電顯示器，可不停電的情況下直接更換顯示元件[3]。有效減少設備停電，可進行推廣及應用。

(3) 通用性改進：帶電顯示器尺寸、配套的傳感器大小規格不一致，導致變電所需要購置各種型號的備品，不方便運維及管理。可規范帶電顯示器的安裝孔尺寸、傳感器的大小及電容值，以加強其適配性。