基于高效高质验电的多功能验电器的研发及应用

李灵勇

（广东电网有限责任公司梅州供电局）

0 引言

《中国南方电网有限责任公司电力安全工作规程》明确指出，要规范使用验电器，在验电前先验证验电器性能情况，然后在停电设备上进行验电。而目前电网企业生产所使用的验电器多为声光验电器，与电力安全工作规程关于验电要求方面存在一定矛盾，也增加了电力作业人员验电时的人身威胁，影响验电时的作业的可靠性。设计多功能新型验电器，服务于高效高质验电，筑牢安全生产防线是当务之急。

1 验电器应用介绍

验电器是一种用来检查电压线路和电力设备是否带电的工具，是电力系统及工矿企业用电作业必备的安全工具，常用于检测0.1～500kV线路或设备是否带有运行工频电压，以确保在停电检修时工作人员的人身安全［1］。验电器上部是一金属板或金属球，它和金属杆相连接，金属杆穿过橡皮塞，其下端挂两片极薄的金属箔，封装在玻璃瓶内。工作状态下，当被检验物体接触验电器顶端的导体时，自身所带的电荷会传到玻璃钟罩内的箔片上。由于同种电荷相互排斥，箔片将自动分开，形成一定角度，工作人员可以根据两箔片的角度大小来估计物体带电量的大小。验电器主要分低压验电器和高压验电器两类。其中低压验电器用来检验对地电压在250V及以下的低压电气设备，主要由工作触头、降压电阻、氖泡、弹簧等部件组成。它利用电流通过验电器、人体、大地形成回路，其漏电电流使氖泡起辉发光而工作。只要带电体与大地之间的电位差超过一定数值（36V以下），验电器就会发出光，低于这个数值，就不发光，从而来判断低压电气设备是否带有电压。高压验电器主要用来检验设备对地电压在250V以上的高压电气设备，广泛采用的有发光型、声光型、风车式三种类型。它们一般都是由检测部分（指示器部分或风车）、绝缘部分、握手部分三大部分组成。绝缘部分是指自指示器下部金属衔接螺丝起至罩护环的部分，握手部分是指罩护环以下的部分［2］。其中绝缘部分、握手部分根据电压等级的不同其长度也不相同。

2 传统验电器使用中存在的不足

当前电力系统验电需求较大，实现高效高质地验电理应是技术创新的研究点。我们对传统验电器使用情况进行分析，发现其实际生产中存在一些问题。其一，对于山区辐射式线路停电作业验电工作，无法在附近找到电源点进行校验。其二，大部分运行班组未配置工频高压发生器。其三，现使用的验电器均发出“嘀嘀嘀”的提示音，根据声音无法判断验电器相应的电压等级，只能通过验电器标签或标识进行识别，易造成错拿的情况。其四，现使用的验电器无电量显示，若使用过程中发生突然失电的情况，可能会造成验电失败。其五，现使用验电器声光检验方式，仅校验声光是否正常，线路板回路是否正常，无法判定验电器触针与线路板连接是否良好［3］。例如在一次变电站设备停电检修中，操作人员在进行验电操作前，按照操作程序在带电设备上对验电器进行自检时发现，验电器在设备较大的表面部位，如110～220kV开关的三角箱部、CT及PT的头部、PH及PR型西门子刀闸的底座导体部位测量时无声响及光亮指示，响应时间延长约3～4s；而在110～220kV设备表面较小的部位和35kV及以下电压等级的设备上验电时反应正常。

3 新型多功能验电器设计

新型多功能验电器是在保留传统验电器优势基础上的技术攻关成果，主要围绕三大关键点进行技术创新，分别为语音设计、便携式结构设计、自检回路设计。设计的创新点主要体现在四个方面：第一方面，提示音升级为相应电压等级的语音播报；第二方面，验电器与工频高压发生器相融合，除声光回路自检外增加工频验电自检；第三方面，增加电量显示功能，并增加电槽、声光与工频发生器独立电源；第四方面，双回路自检功能，可判定验电器触针与线路板连接是否良好［4］。

新型多功能验电器的外观如图所示。

图 新型多功能验电器

该验电器包括2个绝缘杆和手持杆，在绝缘杆上设有验电器与验电头，验电器配备有接地线夹；在绝缘杆上设有工频高压发生器，在验电头到工频高压发生器的电压信号输出端之间依次串联有隔离开关、高压旋转隔离开关。高压旋转隔离开关由开关座和旋转轴套组成，在开关座与旋转轴套之间装有定位装置。多功能验电器结构简单、设计巧妙，实现了对高压验电器与工频高压发生器的一体化设计，在操作上简单便捷，能够安全有效地进行电压匹配，有利于验电作业人员快速、准确、安全地进行验电操作。同时将提示音升级为相应电压等级的语音播报，验电器与工频高压发生器相融合，除声光回路自检外增加工频验电自检。增加电量显示功能，并增加电槽、声光与工频发生器独立电源。增加双回路自检功能，可判定验电器触针与线路板连接是否良好。

4 新型多功能验电器主要功能介绍

4.1 电压等级语音播报

检测部分通过旋转调整电压切换开关，来选择对应不同的电压等级验电模式，将传统的蜂鸣器改成语音报警模式。内置单片机芯片，主要功能是将验电器所感应的电压源通过振荡电路，由高电平变成低电平。建立验电器的语音回路，当接收到感应的电压源导通后，启动语音报警回路。验电器数码显示屏对应工作电压，在自检试验时，按试验按钮，点亮由LED三位数码显示对应的工作电压等级，以便提醒使用人员验电器当前的验电工作电压环境。验电工作电压具有中文语音提示功能，自检试验时，按试验按钮，中文语音报告“有电危险，请勿靠近”，提醒使用人员验电器当前的验电工作电压环境。设计中文语音声光报警功能，当试验或验电设备有电时，报警器发出“有电危险，请勿靠近”，同时报警器发出告警声，发光管点亮并闪烁。使用时，工作人员将本实用新型多功能验电器拿到变电站现场使用，可以检验不同电压等级的带电设备，只需要通过旋转调整电压切换开关，便可以快速地切换验电电压等级，从而进行相应电压等级高压设备的验电工作。新型验电器能验10kV、35kV、110kV、220kV所有电压等级。

4.2 工频验电自检

多功能验电器还具有工频验电自检功能。包括用于感应高压线路的工频信号或感应另一验电器互检时产生的工频信号的感应电路、用于产生工频信号以使所述工频正弦全回路自检验电器进行自检与互检的工频信号发生电路、用于检测工作电压是否正常的欠压监测电路、用于当工作电压异常时报警的声光报警电路。交流供电式工频信号发生器，经过调压器、升压变压器将工频电升压到验电器启动电压，以此检验验电器性能的好坏。自身供电式工频信号发生器本身带有可充电蓄电池，经过工频逆变器将直流电变换成工频电，然后经升压器升压至验电器启动电压，用以检验验电器性能好坏。工频信号发生器在接通电源后，调压器调到零位，将电源开关打开，一个人将验电器探头连接到发生器高压输出，另一人缓缓升高输出电压，至验电器声光报警，观察验电器报警时启动电压是否在规定范围内。工频验电信号发生器使用后调压器调到零位，关闭电源。

4.3 验电器电余量显示

验电器具有由电子集成电路制成的声光批示，性能稳定、可靠，具有全电路自检功能和抗干扰性强等特点，通常验电器需要使用电池，没电的时候需要更换电池，但作为特殊设备，如果在电量不足或没电的时候进行使用，会影响验电效果，从而产生安全隐患［5］。多功能验电器内部设置电量余量显示系统，具有能够通过信号灯反馈剩余电量及验电器是否正常工作的特点。验电器本体的正面设置有显示屏，底部设置有电量显示指示灯和故障报警指示灯，且电量显示指示灯位于故障报警指示灯的正右方。通过设置数据采集模块、数据处理模块、控制节点单元、报警模块和中央处理器，使用验电器本体之前可通过电池监控芯片对电池余量进行检测。此时通过数据采集模块将电量信息传递到数据处理模快，通过电量信息数据处理单元将处理过的数据信息传递到中央处理器，中央处理器通过控制节点来控制电量显示指示灯，当电量充足时电量显示指示灯为正常亮度，当电池余量逐渐减小时，电量显示指示灯逐渐变暗，方便人们观察，避免在使用验电器时发生电量不足的情况。

4.4 便携式使用

传统的验电器具有不易携带、容易损坏等缺点。正常作业情况下，作业人员与高压电之间要想形成有效绝缘隔离，要求绝缘杆长度合理。但长度过长容易使验电测量时作业人员摆幅较大，增加安全隐患。传统的验电器操作杆原材料是环氧树脂，整体偏重，无论是抽拉还是回缩耗时较长。传统验电器节与节连接处存在接口结构薄弱的问题，在特殊情况下易滑脱、卡壳、损坏。在研发多功能验电器时，深入分析验电器支援杆使用过程中的受力情况，在验电器接口处加装特殊套口，可以保证验电器的强度。设计气动伸缩绝缘杆，方便验电器携带、存放、运输，也实现传统验电器的小型化和轻量化改进。

5 多功能验电器应用效益分析

5.1 经济效益

在使用多功能验电器后，减少了变电站验电器的数量，降低了采购成本。同时采用多功能验电器能够满足10kV、35kV、110kV、220kV等多个电压等级的验电需求，减少了多余的环节，缩短了停电操作时间，增加了年售电量。

5.2 安全效益

由于操作使用了中文语音报警来提示运维人员对当前验电器工作的档位（验电电压等级）的确认，以便提醒使用人员不会发生误操作，安全可靠。

5.3 管理效益

多功能验电器收纳后占地面积小，便于携带和存放，还具有安全性高、结构简单的特点，携带、使用和管理极为方便，更适用于多电压等级操作，对提高工作效率和现场安全管理水平具有积极的作用。

5.4 前景效益

多功能验电器填补了国内关于多电压等级中文语音声光报警验电器、工频自检的空白，其使用方便，适用性强，可广泛应用于各种电压等级验电操作。

6 结束语

验电器是检测物体是否带电及粗略估计带电量大小的专用仪器，在电力系统中应用广泛。但传统验电器多为声光验电，存在电源点校验支持不足、工频验电自检效果不佳、电量无法正常显示、电压等级语音播报无法实现等诸多问题。研发出一种多功能新型验电器来解决上述问题，可提高验电作业的安全性与可靠性，筑牢安全生产的新防线。从多功能验电器应用的经济效益、安全效益、管理效益、前景效益来看，其理应推广到电力行业配网验电作业中。