特高压直流非接触多通道式验电方法
专利名称：特高压直流非接触多通道式验电方法
技术领域：
本发明属于特高压直流输变电设备安全工器具的研究方法领域，具体涉及一种特
高压直流非接触多通道式验电方法。
背景技术：
运行检修工作是掌握电网设备运行情况、及时发现和处理设备缺陷的重要手段。 《国家电网公司电力安全工作规程(电力线路部分)》明确规定在部分停电的电气设备上 工作或停电线路工作地段装接地线前，要先验电，验明设备或线路确无电压。验电器即是用 来检测电力设备上是否存在电压的常用工具之一，通过验电器明确验证被检修设备上是否 确无电压，再进行其他操作，以防出现带电装接地线(合接地刀闸)、误碰有电设备等恶性 事故的发生。 目前我国高/超高压输电线路均是使用接触式验电器进行验电，且已有相关标准 (IEC61243-1《带电作业用验电器用于直流lkV及以上电压的电容型验电器》、DL740-2000 《电容性验电器》)对接触式验电器的设计、制造、操作导则以及试验方法进行了规范。但 在我国目前以建设特高压交/直流输电为重点、各级电网协调发展的加强国家电网的背景 下，现有的验电技术和产品已无法满足特高压交/直流输变电工程检修维护的需求。
特高压直流输变电工程具有设备结构参数高和运行参数高两个基本特点。由于特 高压直流输电线路的杆塔高、塔头尺寸大、绝缘子串长、如果仍然使用接触式验电器进行验 电，则由于相_地距离大，要求绝缘操作杆具有较长的长度，这样一方面操作杆的重量大， 会极大地增加作业人员的劳动强度；另一方面较长的绝缘操作杆容易挠曲，不便于操作，再 加上高空作业的因素，甚至有可能使验电操作无法实现。此外，特高压直流输变电工程的运 行电压为，现有的验电器都是针对高/超高压输变电工程的，其最高适用电压无法满足特 高压工程的需要；并且由于设备周围的空间场强更高，对验电器的抗干扰能力和可靠性相 应地有更高的要求。 需要指出的是，DL740-2000《电容型验电器》只适用于操作时与被测设备相接触的 电容型验电器，并不适用于感应型的非接触式验电器。因此，在特高压直流输变电工程非接 触式验电器的研制中，并没有现成的标准和规范可供借鉴，只能在调研国内外各种验电器 研究成果(包括原理、技术标准、使用经验等)的基础上，根据非接触式验电器的使用特点， 对其原理、功能和技术条件等进行设计和开发。 对搜集的资料进行汇总分析，现有的高/超高压验电器按验电方式可分为接触式 和非接触式两种。接触式验电器大多是基于电容分压原理来实现验电的。而非接触式验电 器目前还处在研制和试验阶段，它主要是通过对带电设备附近的电场或设备发生局部放电 时的相关参量检测来实现验电功能。其中前者在电力系统中已有实际应用；后者则还在研 究、试验阶段，还没有可以实用化的产品。 综上所述，目前还没有标准和规范可直接指导特高压直流输变电工程非接触式验 电器的研制，并且国内外非接触验电技术和装置还处在研制阶段，因此需要在汇总分析各种原理的验电技术研究成果基础上，进行自主创新，研制适用于特高压直流输变电工程的 非接触多通道式验电方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种特高压直流非接触多通道式验电方法，采用交变感应法 感应原理来验电，用于特高压直流输变电线路工程中，测量输变电线路是否有电，起安全保 护作用。 为了达到上述目的，本发明的技术方案是特高压直流非接触多通道式验电方法， 包括自检、预检、其特征在于还包括多通道检测、比较和报警；首先要进行自检，检测系统 是否能够正常工作，假如自检没有通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延 时；经延时后，检测采用交变感应法感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与 垂直通道同时检测，将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电 的基准值；然后根据空间电场的场强曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数 据处理；再进行两个值的比较，如果基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声 光报警；否则说明被测物体不带电，可继续对下一个被测物体进行测量。 本发明的工作原理是现有的不同电压等级验电器，对应的验电基准值是固定不 变的，而本发明的验电基准值是可变的。验电的基准值是自检通过后，经延时，以一定的频 率进行多通道数据采集此工作位置的电场强度得到的值。由于输变电设备现场环境复杂， 电场变化不规律，而本发明的验电基准值是现场工作位置的电场值，有效地提高了验电器 的使用范围和准确度，作业人员在地面和塔上均可测量。 现有的不同电压等级验电器，对应的验电报警阀值是固定不变的。本发明是根据 空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，在特高压直流试验基地进行了多次现场试验。通 过本发明报警的声、光信号频率快慢来反映电场的大小和变化趋势，声、光信号频率快，则 表示本发明所在位置比基准位置的电场强，即本发明所测的运行设备带电。由于本发明是 根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了 邻近被测设备的带电体对空间场强的干扰导致验电结果重复性不好、准确度不高的难题。
本发明的有益效果是满足了我国直流特高压输电线路工程作业安全防护要求， 填补了我国在特高压输变电设备安全工器具上的空白，适用于特高压输变电线路巡检。
图1为方法实施的流程图。 图2为图1中检测部分的信号采集模块原理图。 图3为图1中检测部分的信号放大模块原理图。 图4为图1中检测部分的信号处理模块中整流电路原理图。 图5为模数转换电路与控制芯片的接口电路原理图。
具体实施方案 以下结合附图对本发明特高压直流非接触多通道式验电方法做进一步说明。
图2中标记说明l-转子，2-定子，3-接地电刷，4-同步信号发生器，5-电机，6-前置放大器，7_电机控制电路。 图3中标记说明8-差分输入级，9-电压放大级，10-输出级，ll-偏置电路。
图5中标记说明12-模数转换器，13-单片机。 图1为本发明的流程图，特高压直流非接触多通道式验电方法分为自检、预检、检 领U、比较、声光报警五个阶段，首先要进行自检，检测系统是否能够正常工作，假如自检没有 通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延时；经延时后，检测采用交变感应法 感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与垂直通道同时检测，将两个通道采集 的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；然后根据空间电场的场强 曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数据处理；再进行两个值的比较，如果 基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声光报警；否则说明被测物体不带电， 可继续对下一个被测物体进行测量。
图1中的检测部分，又可分为信号放大模块、信号处理模块和信号采集模块。 如图2所示，信号采集模块是根据交变感应法采集电压信号进行设计的，它由定
子2(感应片)和转子l(屏蔽片)构成。当转子1旋转时，定子2周期性地暴露于外部电
场E中，或被屏蔽片所遮挡，使E = O，这样周而复始，便产生交变输出信号。 检测部分的信号放大模块可用图3中的方法实现，如图3所示，它采用了对差分信
号进行放大的运算放大电路以抑制共模干扰信号；图3中差分输入级8 —般是由BJT、JFET
或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比，它
的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级9的主要作用是提高
电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级10—般由电压跟随器或互补电压跟随
器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路11是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。 信号处理模块由前级二阶滤波器、整流电路和后级二阶滤波器构成，前级滤波器
用于削减高频干扰信号，后级滤波器用于纹波的过滤；整流是将交流信号转换成直流信号，
可由精密整流电路实现。如图4所示，整流电路由两片运算放大器和外围的电阻、二极管
组成前一个运算放大器与相应电阻、二极管构成一个等比例放大电路；第二个运算放大
器与前置信号组成一个加法电路，可以通过改变R14的值来改变整流电路的放大倍数。R8、
R9、 RIO、 Rll、 R12、 R13、 R14的电阻值分别是:IOK、 IOK、 10K、20K、 IOK、 10K、20K。 信号采集模块、数据处理、比较和声光报警可由模数转换器12与单片机13构成。
信号采集部分可由单片机13控制模数转换器来实现，以一定的频率进行采集，采集的频率
可由模数转换器12的采样速率来决定，任意一款精度达到系统要求的模数转换器12都可
以作为数据采集芯片，采集的数据经过单片机13进行数据处理并存储到单片机中，如图5
所示；数据处理、比较和声光报警可由软件控制单片机13实现，不需要其他的外围电路，系
统对单片机13的要求也不高，任何51内核的单片机都可以满足系统要求。 本发明实施验电的基准值是可变的，进入工作位置，按下复位键，自检通过经延时
后，进行电场预检工作，以一定的频率进行多通道数据采集，即水平通道与垂直通道的采
集，并比较两通道此工作位置的电场强度，其中较大的值作为验电基准值。根据空间电场的
场强曲线和变化趋势来设定相对应的电 报警阈值来判断被测设备是否带电。
权利要求
特高压直流非接触多通道式验电方法，包括自检、预检，其特征在于还包括多通道检测、比较和报警；首先要进行自检，检测系统是否能够正常工作，假如自检没有通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延时；经延时后，检测采用交变感应法感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与垂直通道同时检测，将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；然后根据空间电场的场强曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数据处理；再进行两个值的比较，如果基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声光报警；否则说明被测物体不带电，可继续对下一个被测物体进行测量。
全文摘要
本发明提供了一种特高压直流非接触多通道式验电方法，包括自检、预检、多通道检测、比较和报警五个阶段；自检通过后，经延时，以一定的频率进行水平通道的数据采集与垂直通道的数据采集，然后将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，通过报警的声、光信号来反映电场的大小；本发明根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，通过报警的声、光信号频率快慢来反映电场的大小，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了邻近被测设备的带电体对空间场强的干扰导致验电结果重复性不好、准确度不高的难题。
文档编号G01R19/155GK101710151SQ20091027322
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者张丽华, 易辉, 杜建忠, 纪建明, 邵瑰玮 申请人:国网电力科学研究院
技术领域：
本发明属于特高压直流输变电设备安全工器具的研究方法领域，具体涉及一种特
高压直流非接触多通道式验电方法。
背景技术：
运行检修工作是掌握电网设备运行情况、及时发现和处理设备缺陷的重要手段。 《国家电网公司电力安全工作规程(电力线路部分)》明确规定在部分停电的电气设备上 工作或停电线路工作地段装接地线前，要先验电，验明设备或线路确无电压。验电器即是用 来检测电力设备上是否存在电压的常用工具之一，通过验电器明确验证被检修设备上是否 确无电压，再进行其他操作，以防出现带电装接地线(合接地刀闸)、误碰有电设备等恶性 事故的发生。 目前我国高/超高压输电线路均是使用接触式验电器进行验电，且已有相关标准 (IEC61243-1《带电作业用验电器用于直流lkV及以上电压的电容型验电器》、DL740-2000 《电容性验电器》)对接触式验电器的设计、制造、操作导则以及试验方法进行了规范。但 在我国目前以建设特高压交/直流输电为重点、各级电网协调发展的加强国家电网的背景 下，现有的验电技术和产品已无法满足特高压交/直流输变电工程检修维护的需求。
特高压直流输变电工程具有设备结构参数高和运行参数高两个基本特点。由于特 高压直流输电线路的杆塔高、塔头尺寸大、绝缘子串长、如果仍然使用接触式验电器进行验 电，则由于相_地距离大，要求绝缘操作杆具有较长的长度，这样一方面操作杆的重量大， 会极大地增加作业人员的劳动强度；另一方面较长的绝缘操作杆容易挠曲，不便于操作，再 加上高空作业的因素，甚至有可能使验电操作无法实现。此外，特高压直流输变电工程的运 行电压为，现有的验电器都是针对高/超高压输变电工程的，其最高适用电压无法满足特 高压工程的需要；并且由于设备周围的空间场强更高，对验电器的抗干扰能力和可靠性相 应地有更高的要求。 需要指出的是，DL740-2000《电容型验电器》只适用于操作时与被测设备相接触的 电容型验电器，并不适用于感应型的非接触式验电器。因此，在特高压直流输变电工程非接 触式验电器的研制中，并没有现成的标准和规范可供借鉴，只能在调研国内外各种验电器 研究成果(包括原理、技术标准、使用经验等)的基础上，根据非接触式验电器的使用特点， 对其原理、功能和技术条件等进行设计和开发。 对搜集的资料进行汇总分析，现有的高/超高压验电器按验电方式可分为接触式 和非接触式两种。接触式验电器大多是基于电容分压原理来实现验电的。而非接触式验电 器目前还处在研制和试验阶段，它主要是通过对带电设备附近的电场或设备发生局部放电 时的相关参量检测来实现验电功能。其中前者在电力系统中已有实际应用；后者则还在研 究、试验阶段，还没有可以实用化的产品。 综上所述，目前还没有标准和规范可直接指导特高压直流输变电工程非接触式验 电器的研制，并且国内外非接触验电技术和装置还处在研制阶段，因此需要在汇总分析各种原理的验电技术研究成果基础上，进行自主创新，研制适用于特高压直流输变电工程的 非接触多通道式验电方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种特高压直流非接触多通道式验电方法，采用交变感应法 感应原理来验电，用于特高压直流输变电线路工程中，测量输变电线路是否有电，起安全保 护作用。 为了达到上述目的，本发明的技术方案是特高压直流非接触多通道式验电方法， 包括自检、预检、其特征在于还包括多通道检测、比较和报警；首先要进行自检，检测系统 是否能够正常工作，假如自检没有通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延 时；经延时后，检测采用交变感应法感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与 垂直通道同时检测，将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电 的基准值；然后根据空间电场的场强曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数 据处理；再进行两个值的比较，如果基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声 光报警；否则说明被测物体不带电，可继续对下一个被测物体进行测量。 本发明的工作原理是现有的不同电压等级验电器，对应的验电基准值是固定不 变的，而本发明的验电基准值是可变的。验电的基准值是自检通过后，经延时，以一定的频 率进行多通道数据采集此工作位置的电场强度得到的值。由于输变电设备现场环境复杂， 电场变化不规律，而本发明的验电基准值是现场工作位置的电场值，有效地提高了验电器 的使用范围和准确度，作业人员在地面和塔上均可测量。 现有的不同电压等级验电器，对应的验电报警阀值是固定不变的。本发明是根据 空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，在特高压直流试验基地进行了多次现场试验。通 过本发明报警的声、光信号频率快慢来反映电场的大小和变化趋势，声、光信号频率快，则 表示本发明所在位置比基准位置的电场强，即本发明所测的运行设备带电。由于本发明是 根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了 邻近被测设备的带电体对空间场强的干扰导致验电结果重复性不好、准确度不高的难题。
本发明的有益效果是满足了我国直流特高压输电线路工程作业安全防护要求， 填补了我国在特高压输变电设备安全工器具上的空白，适用于特高压输变电线路巡检。
图1为方法实施的流程图。 图2为图1中检测部分的信号采集模块原理图。 图3为图1中检测部分的信号放大模块原理图。 图4为图1中检测部分的信号处理模块中整流电路原理图。 图5为模数转换电路与控制芯片的接口电路原理图。
具体实施方案 以下结合附图对本发明特高压直流非接触多通道式验电方法做进一步说明。
图2中标记说明l-转子，2-定子，3-接地电刷，4-同步信号发生器，5-电机，6-前置放大器，7_电机控制电路。 图3中标记说明8-差分输入级，9-电压放大级，10-输出级，ll-偏置电路。
图5中标记说明12-模数转换器，13-单片机。 图1为本发明的流程图，特高压直流非接触多通道式验电方法分为自检、预检、检 领U、比较、声光报警五个阶段，首先要进行自检，检测系统是否能够正常工作，假如自检没有 通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延时；经延时后，检测采用交变感应法 感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与垂直通道同时检测，将两个通道采集 的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；然后根据空间电场的场强 曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数据处理；再进行两个值的比较，如果 基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声光报警；否则说明被测物体不带电， 可继续对下一个被测物体进行测量。
图1中的检测部分，又可分为信号放大模块、信号处理模块和信号采集模块。 如图2所示，信号采集模块是根据交变感应法采集电压信号进行设计的，它由定
子2(感应片)和转子l(屏蔽片)构成。当转子1旋转时，定子2周期性地暴露于外部电
场E中，或被屏蔽片所遮挡，使E = O，这样周而复始，便产生交变输出信号。 检测部分的信号放大模块可用图3中的方法实现，如图3所示，它采用了对差分信
号进行放大的运算放大电路以抑制共模干扰信号；图3中差分输入级8 —般是由BJT、JFET
或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比，它
的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级9的主要作用是提高
电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级10—般由电压跟随器或互补电压跟随
器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路11是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。 信号处理模块由前级二阶滤波器、整流电路和后级二阶滤波器构成，前级滤波器
用于削减高频干扰信号，后级滤波器用于纹波的过滤；整流是将交流信号转换成直流信号，
可由精密整流电路实现。如图4所示，整流电路由两片运算放大器和外围的电阻、二极管
组成前一个运算放大器与相应电阻、二极管构成一个等比例放大电路；第二个运算放大
器与前置信号组成一个加法电路，可以通过改变R14的值来改变整流电路的放大倍数。R8、
R9、 RIO、 Rll、 R12、 R13、 R14的电阻值分别是:IOK、 IOK、 10K、20K、 IOK、 10K、20K。 信号采集模块、数据处理、比较和声光报警可由模数转换器12与单片机13构成。
信号采集部分可由单片机13控制模数转换器来实现，以一定的频率进行采集，采集的频率
可由模数转换器12的采样速率来决定，任意一款精度达到系统要求的模数转换器12都可
以作为数据采集芯片，采集的数据经过单片机13进行数据处理并存储到单片机中，如图5
所示；数据处理、比较和声光报警可由软件控制单片机13实现，不需要其他的外围电路，系
统对单片机13的要求也不高，任何51内核的单片机都可以满足系统要求。 本发明实施验电的基准值是可变的，进入工作位置，按下复位键，自检通过经延时
后，进行电场预检工作，以一定的频率进行多通道数据采集，即水平通道与垂直通道的采
集，并比较两通道此工作位置的电场强度，其中较大的值作为验电基准值。根据空间电场的
场强曲线和变化趋势来设定相对应的电 报警阈值来判断被测设备是否带电。
权利要求
特高压直流非接触多通道式验电方法，包括自检、预检，其特征在于还包括多通道检测、比较和报警；首先要进行自检，检测系统是否能够正常工作，假如自检没有通的话，即立即取消验电工作，如果自检通过，将进行延时；经延时后，检测采用交变感应法感应原理来验电，而且采用双通道检测，即水平通道与垂直通道同时检测，将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；然后根据空间电场的场强曲线和变化趋势来设定相对应的电场报警阈值进行数据处理；再进行两个值的比较，如果基准值大于报警阈值，则说明被测物体带电，并进行声光报警；否则说明被测物体不带电，可继续对下一个被测物体进行测量。
全文摘要
本发明提供了一种特高压直流非接触多通道式验电方法，包括自检、预检、多通道检测、比较和报警五个阶段；自检通过后，经延时，以一定的频率进行水平通道的数据采集与垂直通道的数据采集，然后将两个通道采集的此工作位置的电场强度值相比较，较大的作为验电的基准值；根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，通过报警的声、光信号来反映电场的大小；本发明根据空间电场的场强曲线和变化趋势来验电，通过报警的声、光信号频率快慢来反映电场的大小，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了邻近被测设备的带电体对空间场强的干扰导致验电结果重复性不好、准确度不高的难题。
文档编号G01R19/155GK101710151SQ20091027322
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者张丽华, 易辉, 杜建忠, 纪建明, 邵瑰玮 申请人:国网电力科学研究院
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