一种远距离验电功能的接地线设计

一种远距离验电功能的接地线设计

吴新星

中电科数字技术股份有限公司，上海 200233

摘要：在高电压检修中，每年因疏忽或检修不当造成大量触电身亡事故，因此高压验电器在高压检修中扮演着举足轻重的角色。目前，我国使用最广的是传统电容型验电器，但电容型验电器体积笨重，灵敏度不高，存在误报警、拒报警，高压检修人员面临极大的安全隐患。为解决电力生产过程中的安全隐患，本文通过分析高压导体电磁场规律，采用STM32单片机实现对带电导体远距离检测，达到保障验电人员安全的目的，通过实际的高压实验，验证了接地线能够在0.7m内进行带电预警。

关键词： 远距离验电  STM32  带电预警

1、引言

在电力生产过程中，需要严格按照“停电”-“验电“-“挂接地”的工作步骤进行，落实安全措施。但为此需设计制作一种具有验电功能的接地线，当挂接地线靠近带电体时，可发出声光警报，提高工作安全性。在设计带验电功能的接地线过程中，技术核心在于远距离验电，在文献[1-2]中提出带电导体电磁分析方法，在此基础上，本文对远距离验电接地线的设计与实现。

2、设计原理

根据电力系统实际运行经验，三相 10k V 导线水平排列仿真模型如图1 所示，三相导线水平排列，导线半径为6.17mm，相间距离为 0.7m，导线距离地面 10m。        

对图1所示模型进行电场仿真，得到如图2 所示的三相 10k V 配电线电场分布图，由图可知，B 相配电线的垂直向下0.8m 的路径上进行电场分析，得到图2所示的电场变化曲线，该曲线显示 B 相配电线垂直方向的电场强度随着距离的增大迅速衰减。在距离 B 相配电线 0.7m 处，电场强度衰减至 1749V/m。

图1三相 10k V 水平排列电场分布

                 图2  三相 10k V 配电线电场垂直变化曲线

因此，利用电场传感器感应电压进行非接触式验电，无法根据测得的电场强度大小判断出准确的距离信息，但是可以根据场强变化规律判断出距离的大致变化趋势，从而达到提醒警示的效果[3-4]。

   根据课题的设计要求，一种带验电功能的接地线主要分为两部分;接地线和非接触式验电器，其中非接触式验电器是本课题的设计核心，主要包含以下三个部分：电场传感器、信号调理电路、处理器。非接触式电场传感器的感应电压经过降压电路、电压跟随器电路、二阶低通滤波电路以及精密整流电路处理后输送至 STM32 单片机的 ADC1 端口，经常程序从而驱动蜂鸣器，达到告警的目的。

三、硬件电路设计

如图3所示为感应电压的分压限幅电路和电压跟随器电路，分压电路将输入感应电压降至单片机可读取范围内，分压比为 6.2:1，电压跟随器利用高输入阻抗、低输出阻抗的特点以进行阻抗匹配，实现带载能力的提高。图3为二阶低通滤波电路，由于变电站具有非常复杂的电磁环境，电晕放电和开关开合闸等现象会释放大量的高频杂波信号，需将高频杂波信号滤除，相对于无源滤波电路，有源二阶低通滤波电路具有幅频特性更陡峭，滤波效果更好的优点.

图3 分压与电压跟随电路                      图4 有源二阶低通滤波电路

4．试制结果与分析

  图5 高压带电实验                           图6高压带电实验

通过3D打印技术，将远距离验电模块和接地线组合（图6），设计出带远距离验电功能的接地线，采用如图5所示高压试验平台，将交流电压源升压至10 kV，将验电器探头垂直靠近10 kV 导线，并分别在探头距导线 0.8 m、0.7 m、0.6 m、0.5 m、0.4 m、0.3 m、0.2 m、0.1 m 处观察验电器的状态。

                           表1  远距离验电实验

表1是不同距离下验电器的状态表。由图表可知，电压随距离的变化符合电场强度随距离的变化规律，因此认为利用感应电压判断验电器与带电体间距离的方案是可行的。由文献[5]可知，工作人员距 10 kV 带电设备的安全距离是 0.7 m，因此只需设定安全距离 0.7 m 处的感应电压为报警起动电压，并在不同电压设定不同频率的报警信号，即可实现非接触式报警及判断验电器与带电体的距离远近。经实测，非接触式验电的报警效果表现良好，在安全距离处报警灵敏，随着距离减小，报警频率也随之升高，可有效提醒检修人员与带电体的距离。

参考文献：

[1]Decuir, J. , and  P. Michael . "Draft IEEE standard for DC microgrids for rural and remote electricity access applications." 2017 IEEE Conference on Technologies for Sustainability (SusTech) IEEE, 2017.

[2]Hershey, Andrew D.Lin, TamarGruper, YaronHarris, DaganIroni, AlonBerk, ThomasSzperka, Christina L.Berenson, Frank. Remote electrical neuromodulation for acute treatment of migraine in adolescents[J]. Headache, 2021, 61(2).

[3]Tassorelli, C. , et al. "Guidelines of the International Headache Society for clinical trials with neuromodulation devices for the treatment of migraine." Cephalalgia : an international journal of headache 41.11-12:1135-1151.

[4]Tepper S J ,  Lin T ,  Tal M , et al. Real-world Experience with Remote Electrical Neuromodulation in the Acute Treatment of Migraine[J]. Pain Medicine, 2020.

作者简介：

吴新星，（1985年1月），男，汉族，福建，工程师，本科，高级项目经理，研究方向：智能配电。