一种新型智能500kV交流超高压验电器

一种新型智能 500 kV 交流超高压验电器

陈庆鹏 、 郑武略 、 张富春 、 汪豪 、 卢涛 、 张鑫

中国南方电网有限责任公司 超高压 输电公司广州局，广东 广州 510000

摘要：本文阐述了高压验电器的现状，深入分析了现有常用典型验电器产品在超高压场景使用的不足，对交流500kV验电信息的可靠性、可视性、兼容性等问题提出了改进问题的方法，介绍了新型智能500kV交流超高压验电器研制思路,提出了高压验电器未来的研究方向和重点。

关键词：验电器、交流超高压、智能

1. 概述

我国高压电力网络（10kV-1000kV）发展非常迅速，如何保障数量庞大的高压电网设备正常安全运行是电力工作者的首要任务，同时保障运维检修人员的人身安全问题也是电力安全生产的重中之重的一项工作。在电力系统高压设备的停电检修时，必须遵循停电、验电、挂地线，然后开始工作相关安全规定。高压输电线路和高压设备的验电操作必须通过高压验电器来完成。高压验电器是一款非常常用的安全作业工具。

目前实际使用的高压验电器的类繁多，按使用方式可以分接触式高压验电器和非接触式高压验电器两大类。其中接触式验电器由金属接触端、高压指示器、绝缘杆和握手部分组成。金属接触部分有针式和挂钩式，高压指示器包含音声发生器和灯光显示。绝缘部分通常由数节绝缘杆套叠组成，使用时将绝缘杆拉出、携带式时将绝缘杆缩入握手部分。非接触式验电器由传感器、信号跟随电路、滤波电路、倍压整流电路、减法电路、放大电路、施密特触发电路、信号指示等组成。传感器获取高压设备附近电场强度，传感器发出的交流信号经过信号跟随电路跟随并正向偏置后进行滤波，然后将交流信号倍压整流成直流信号，减法器去掉相邻线路间的干扰信号，放大器间信号进行适当的放大后输入施密特触发器，触发器根据输入的信号值盘点有电或无电信号，信号指示灯将有电或无电信号传送到验电器显示器上^[1]。

2. 验电器的现状

我国各供电公司实际使用的高压验电器基本都属于电容型验电器, 电容型验电器是通过检测流过验电器对地杂散电容中的电流来确定电压是否存在的工具。我们知道任何电力线路和设备对地都存在对地电容, 带电高压设备对地电容就存在电位梯度、电压差。高压验电器就是利用这一原理进行电力线路和设备进行带电检测。但是因为对地电容是个变量, 跟环境温度与空气中的湿度等因素有直接关系, 这些因素都会均对高压验电器检测结果产生影响, 另外验电器操作杆的绝缘程度也会影响验电器的对地电容,也直接影响到验电器的测量结果。在电力行业标准《DL740-2000》对A类 (常用) 验电器的起动电压数据的范围做出规定0.15 UN≤Ust≤0.40 UN。

目前常用的高压验电器基本上都是接触式的验电器，由验电头、绝缘长杆组成，其中验电模块和报警模块均集中早验电头上，通常仅提供声光信号来对外显示验电结果^[2]。作业人员在验电时需要将验电探针尽量靠近被测物体，电压等级越高绝缘杆就越长，声光报警模块与人的距离就越远，验电工作人员只靠验电头上的声光报警判定验电结果非常不可靠，这种模式没有将验电结果可视化，也不能给出具体的电压参数，验电工作人员如在噪音比较大且光线明亮的环境中开展验电工作时，验电头上声光报警验电器信号相对微弱，操作人员会出现对验电结果判断产生困难，存在一定误判的可能性，从而可能导致事故发生。特别是超高压输电线路，杆塔高度普遍较高，风声往往较大，现有验电器对导线验电发出的声音较为微弱，存在作业人员验电时可能听不到声音，无法及时、准确判断设备现有状况，从而可能导致多次验电以确认线路停电的情况，耗费时间长，作业效率低。在高压输电线路进行验电时，相邻其它未停电输电线路导线上电源放电声音也会对操作人员获取报警信号造成困难。此外，目前工作监护人员或现场负责人只通过作业人员口头汇报获知验电结果，没有相关智能系统辅助加以评判、确认，存在一定安全管控风险性。

近年市场上出现的一些智能化程度有所提高的验电器，除了具备检测的电力设备是否带电外，还具备检测电力设备所带电压电流相位或显示出具体电压值等信息，但在实用性上还有很大差距，目前实用的验电器普遍存在如下不足：

1. 没有完全保证足够的验电安全距离，拉杆式验电器存在验电时因绝缘杆没有全部拉伸而出现绝缘距离不足的安全风险；

2. 没有验电器实际验电位置的空间位置信息；

3. 验电器完好状况不能实时得到监控管理；

4. 不能实现用一个验电器验进行多个电压等级的设备的验电工作；

5. 验电信息没有实时传送到电网运维管控系统，使之用于现场作业远方安全智能管理。现代化的电网智能管理系统不能及时给现场的工作提供必要的安全验证信息。

三、新型500kV智能验电器的研发

针对现有500kV及以上超高压输电线路，杆塔高度非常高，风声比地面较大，常用的验电器在验电发出的声音小，作业人员验电时很难听得到声音，不能及时、准确判断设备带电状况，从而可能导致多次验电以确认线路停电等情况，我们对现有的验电器开展如下改进工作：

1. 在拉杆型的验电器上增加绝缘杆长度检测模块。

2. 在传统的验电器的基础上，增加检测验电电压、位置信息采集功能。

3. 增加多个电压等级验电的适应性。具体措施是在验电设备比如导线与电压传感器间增加一个长度可变【不同电压等级使用不同长度】的绝缘柱。具体的工作过程是：当验电头由远至近逐步靠近带电体时，验电器实时发送其测量电压值，一旦测量的电压值达到额定报警阈值时就停止靠近，验电结束。否则就直到传感器直接与导线接触，这时可以量出实际高压设备的残压，做到精确验电。如果这时电压值小于阈值则认为安全。

4. 将接触式验电和非接触式验电相结合。

5. 增加无线传输模块，实现信息采集、和无线发送等功能。使用WIFI无线局域网技术将验电头作为电网运维的一个智能终端接入电网的信息化系统。

6. 设置就地工作终端，接收验电器发送的电压、位置等信息，实现就地显示，并将相关信息传送到现场作业管控系统。

新型500kV智能验电器的工作模式是：绝缘杆（测验模块）靠近被测物体，若被测线路带电，传感模块测量被测高压输电线路的电场强度作为原始信号，经过信号采集与处理模块输出验电测量值，通过显示模块输出测量值，实现验电结果本地地面终端的可视化，如果终端控制系统判断被测线路为带电状态，则终端控制报警系统发出蜂鸣并闪烁警示灯，实现声光报警，该方式不受强风等客观环境条件影响，作业人员可直接获取信息，避免重复验电，节省作业时间，提高作业效率；如果控制系统判定被测输电线路为不带电状态，则本地的地面终端不对声光报警和无线通信模块输出动作信号。此外，本地的地面终端控制系统通过无线通信模块与输电监控平台对接，将作业过程中的各项信息发至线上，如验电位置、时间、次数、结果等发送至输电监控平台，监护人员可核对相应信息，对验电结果进行二次确认，由此避免误判的情况发生，导致人员触电危险，实现远程监护。

四、结论

随着大量我国超高压、特高压输变电设备的投入运行，输变电设备的运行维护难度相应增加，出现了在更复杂的作业现场环境和技术相对落后的验电装备，增加了作业人员的工作难度，令操作人员对验电结果产生错误判断，造成安全事故。为避免事故的发生，对高压输变电设备的作业安全提出更高的要求，因此也对高压验电装备提出新的要求。通过验电器设计、制作和实践总结，我们认为非电气直接接触式验电将是是220kV及以上电压等级设备验电的主要方向，直接显示提示验电电压是可视化验电的必然要求，如何提高测量精度有待于进一步深入探讨，将验电的空间位置和验电信息远传到电网运维中心的管控系统是精细化管理的必然要求。

参考文献：

[1]盛守贫.关于对高压交流验电器检测工作原理的认识[J].《华东电力》，2007

[2]李炳坤.高压输电线路验电与安全报警系统研究[J].《科学与技术》，2019

作者简介：

陈庆鹏（1995—），男，助理工程师，从事输电线路运行维护；

郑武略（1987—），男，工程师，从事输电线路运行维护；

张富春（1983—）男，高级工程师，从事输电线路运行维护

汪豪（1994—），男，助理工程师，从事输电线路运行维护；

卢涛（1993—），男，助理工程师，从事输电线路运行维护；

张鑫（1994—），男，助理工程师，从事输电线路运行维护。