宽电压验电器设计及原理分析

云南电网有限责任公司玉溪供电局 朱玉鑫 李本惠 汤 莲

1 前言

目前现场运维人员使用的高压验电器均为固定电压等级高压验电器，针对主变倒闸操作过程中，验电环节需要更换两个或三个相应电压等级验电器。验电器自检及报警时只有通过发出的“嘀嘀”声进行判断设备是否带电，在嘈杂环境下受影响程度较大。

在变电站及同杆/塔双回线路情况下，即使设备或线路已处冷备用状态，但设备或线路仍然存在很高的感应电压，过高的感应电压值将对后续作业人员存在较大的安全风险。一个变电站或线路运维班配置了大量不同电压等级的验电器，致使安全工器具管理工作量剧增，工器具管理效率低下。

2 目前验电器存在的不足

验电器的设计原理是通过检测流经验电器的杂散电容到大地的电流来检查设备和线路是否带电的装置。用于各种电力电压等级，如：0.4kV、6.6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV 交流电压直接接触电试验。启动电压：高压电极由lm 空间中的金属球组成。不应放置其他物体。验电器的接触电极应与交流电压的高压电极接触，应接一个电极接地，高压电极的电压应随着验电器逐渐升高。当出现“声光”指示等“电压存在”信号时，记录此时的启动电压值。如果U=（0.15～0.4）UE 之间，则通过。

运维人员在使用验电器前，应检查操作设备的电压等级是否与所选验电器电压一致，否则可能危及运维人员的人身安全或设备损坏。电气试验时，操作者必须戴绝缘手套，手不能超过罩护环。首先在相应电压等级的带电设备上进行测试，以验证验电器的良好性能，然后在电气测试设备上进行电气测试。在操作过程中，验电器接触设备的导电部分。电气测试时，若无声光指示，则判断设备未带电。如设备已上电，则发出“嘀嘀”声。

此外，风车式仪器只能在室内或室外天气良好情况下使用，禁止在雨雪等天气情况下使用。目前国内声信号仪器最发达，对电敏感度高，无论阳光、噪音、日夜在外；抗干扰性高，内部过电压保护，温度自动补偿，全电路自控功能；内置电子自动开关，集成电路屏，确保集成电路在高压、强电场条件下安全可靠地运行；产品报警时发出“勿靠近，电击雷暴”的警告声，简洁清晰，避免员工操作不当，确保人身安全；检测仪器外壳一般采用ABS 工程塑料用玻璃钢环氧树脂制成，伸缩杆采用玻璃钢制成；产品结构单一，便于存放。然而，在干燥环境中需要保留的长时间也可能因老化而恶化，这是下一步需要改进的工作[1]。重要的是要指出，目前国内存在着迫使生产商放弃开发和其他因素的技术条件。

宽电压范围验电器是目前亟待解决的问题。由于单量程验电器使用时如选用不匹配的电压等级，将导致不能正确验电，甚至造成人员伤亡等事故的发生。因此，通过电路设计实现自适应电压等级验电器，同时对验电的设备及线路进行电压显示，避免了作业人员未正确使用适应电压等级验电器造成的风险。

本文介绍一种智能无线宽压高压验电器，可在380V 至220kV 电压范围内验证设备或线路的电压情况。通过自适应电路的设计，无需根据测试电压等级选择相同电压等级的验电器，大大减少了常规验电器频繁更换的不便，提高了工作效率，同时对验电设备或线路实时电压情况通过手持式终端进行显示，降低了作业人员的安全风险。

3 功能设计

基于该验电器可验的最高电压等级为220kV，配合验电器绝缘杆采用220kV 电压等级耐压及长度进行设计，同时验电探测器可匹配站内绝缘操作杆进行使用，运行人员可根据所需验电的电压等级选择绝缘操作杆的长度及节数。

验电电压范围为：380V-220kV，通过互感器电路对测试的电压、电流进行采样，对不同的电压等级通过高压探测器探钩内置自适应电压等级电路，并通过蓝牙静默状态传输方式传输至手持接收器显示屏进行电压、电流实时显示。

手持接收机的显示屏上显示相应的工作电压，并以数字方式显示相应的工作电压和电流值，以提醒操作者验电器当前的工作电压环境。

如高压检测器内置电池电压在7.1V-7.3V 范围时，绿色电源指示灯闪烁；当手持式接收器的电压在4.7V-4.9V 时，显示屏出现“”，电池电压低请及时更换电池，保证验电器正常工作和使用。

高压检测仪具有声光报警功能，电气检测时红色双闪灯指示及“嘟-嘟-嘟”蜂鸣器。

数据存储功能：当接收器在接收模式下保存高压检测器发送的电压数据时，接收器自动编号并存储当前的数据，存储过程中标记闪烁一次。可以存储99组数据字节。当存储容量满时，指示灯持续闪烁。此时，必须在存储之前革除内存。

数据查询：手持式接收器在接收模式工作时，可进入数据查阅模式，并同时自动显示存储的数据。

4 结构及使用

宽电压验电器由手持式接收器、高压探测器、伸缩绝缘杆三部分组成，运维人员验电操作时使用绝缘杆连接高压探测器，使高压探测器金属部分与裸导线或设备接触，探测器通过内置电路自动适应测试设备电压等级并将其电压、电流值进行采样，通过蓝牙无线信号传输至手持接收器显示屏上，作业人员在地面通过查看手持接收器上的电压、电流数值，进行判断设备或线路是否带电。操作简单方便、同时避免了在嘈杂环境下无法听到验电器蜂鸣声而导致的作业风险。蓝牙无线信号具备30米的有效传输距离，高压探测器下方安装了红色LED 灯、蜂鸣器对带电设备进行声光报警，使整个验电操作更安全、高效。

4.1 接收器开关机

单击POWER 键，手持接收器将处于启动状态，LCD 显示器中将显示接收页面。单击POWER键，手持接收器将处于关机状态。如果在启动状态下LCD 显示器在黑色画面上持续闪烁，可能会导致电池电压不足。请更换电池后使用。手持接收器在15分钟后指示LCD 显示器持续闪烁，手持接收器自动关机，LCD 显示器在持续闪烁30秒后自动进入关机状态，同时减少电池消耗功率。LCD 持续闪烁时，可按POWER 键使手持机继续操作。

4.2 探测器开关机

按POWER 键开机，POWER 指示灯亮，探测器进入测试模式，然后按POWER 键关机，如果开机后POWER 绿色指示灯闪烁或变暗，可能是电池电压低，请调换电池。探测器将在开启15min 后自动关闭，以减少电池消耗。

4.3 数据保持

图1 显示屏示意图

4.4 数据存储

如果在接收机处于接收模式时按HOLD 键，数据将被保留，接收机将自动编号并保存当前保留的数据。保存过程中的“mem”符号闪烁一次。接收器可存储99组数据。当存储空间已满时，“FULL”符号将继续闪烁。要再次使用内存时需要清除它。

4.5 数据查阅

当接收机处于接收模式时，按hold 键+power键进入数据访问模式，显示“Mr”符号，并自动显示存储的第01组数据。然后按下保持键或电源键，向上或向下循环存储的数据。翻转最后一组存储数据时，它将自动返回到第一组数据。长按电源键（超过3秒）退出数据查询模式并返回到接收数据模式。退出时显示“结束”符号。

4.6 数据删除

在数据存取模式下，按住保持键和电源键清除所有存储的数据并返回接收数据模式。数据擦除过程中显示“del”符号。

4.7 无线接收

接收器接收到探测器发送的信号后，显示探测器测到的电压值。若接收器没有收到发射信号则动态显示“no—”符号。

4.8 验电测试

操作人员需具备操作资格，操作人员必须严格遵守安全工作规程操作要求，否则有触电的风险，造成人身伤害或设备损坏。高压验电操作，绝缘操作杆需处于完全拉伸状态，操作人员手不得超过护环。不能进行超过220kV 电压范围的验电操作，否则有电击风险，致人身伤害或设备损坏。

连接探测器的绝缘棒，启动探测器。如果接收器和探测器之间的通信正常，则接收到的电压值将正常显示。如果接收器未接收到传输信号，“否”符号将动态显示。将探测器挂钩挂在相应的高压架空线（裸露部分）上，并接触高压。探测器检测到电压后，发出“嘀嘀”提示音，电源检查指示灯持续闪烁，表示有电，被检测到的电压接地，电压值（相对地）发送到接收器。注意：探头钩必须与测试电缆金属连接，中间没有绝缘部分，以确保准确的电压指示。

5 原理分析

验电器原理如图2所示。图2显示了一个金属球，它与一根金属柱相连，金属柱穿过一个橡胶塞，橡胶塞的底部挂着两层薄薄的金属箔，密封在玻璃瓶里。测量时，测量仪器的工人将其与金属球接触，如果设备有电压，就有一部分电荷传递到两层薄薄的金属箔中，金属箔因具有相同的电荷相互排斥而被拉伸的地方，电荷越大，转弯角越大；如果设备不带电，则金属箔未带同种电荷不动[2]。

图2 验电器原理图

确定设备带电时，有必要确定设备所携带的电荷类型。只需将带电体与金属球接触即可打开金属箔。然后，确定具有足够正电荷的被测物体和接触验电器的金属球。如果金属箔的开口角比之前大，则表明带电体带正电荷；相反，如果金属箔的开口角与金属箔之间的角度相比减小，或者先闭合后打开，则表明带电体带负电。综上所述，当向带电体添加相同的电荷时，电荷量增加；当带电体增加非均匀电荷时，电荷量减少[3]。

通过开关量检测电路，检测所测电压、电流，再通过算法处理单元进行识别所测电压等级，将所测的电压、电流数值通过蓝牙传输至手持终端显示器进行显示。

使用一对一的串口蓝牙数据通讯传输。内置蓝牙设备在设计过程中预先匹配，并设置两个蓝牙设备之间的配对信号。主从终端预存了从终端设备的PIN 码、地址等信息。主从终端设备上电后，会自动建立连接并通过透明串口传输。无需外部电路设计干预。从设备仅与指定的主设备通信，其他蓝牙设备将找不到该设备。

6 结语

宽电压等级验电器的使用减少倒闸操作中验电环节需频繁更换常规验电器，操作时避免携带多个验电器。降低了运维人员的劳动强度，也降低了工具的采购成本和管理成本。在多电压停电试运行中，可自动适应电压等级进行通电测试，减少了替代常规验电器的操作时间。可自行根据验电设备电压等级配置绝缘操作杆，适应不同电压等级、不同设备场景的验电需求，减少运行人员的过多操作，从而提高工作效率。且方便携带和存放及管理，还具有安全性高、结构简单的特点、实现验电设备或线路。

变电站或线路运维团队仅需装备一台或两台宽电压验电器即可满足日常运维工作要求。容易携带、使用和管理，适合郊野作业环境或多电压等级的设备验电场景。对提高现场工作效率及现场作业安全、工作管理有很大帮助。