高压开关柜带电显示器检测工具的研制与应用

劳锦富

(广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528300)

1 引言

高压带电显示装置用于电力系统中，能将高压带电体带电与否的信号传递到发光或音响元件上，显示或同时闭锁高压开关设备，起到防止设备电气误操作和保障人身安全的作用。高压带电显示装置传感器按照信号采集方式，分为接触式、感应式和等电位式三种。接触式高压带电显示装置由一个陶瓷电容为芯棒，利用电容分压原理，在绝缘子低压侧抽取电压作为指示灯的发光电源，普遍应用于10～35kV高压开关柜中。

在日常设备运维工作中，经常出现带电显示器无法正常显示的问题，影响运行人员对设备运行状态的判断，大部分情况下(柜后带电显示器检修等)需要将10kV线路进行停电后，才能打开开关柜后门对带电显示器进行检修。导致带电显示器失效的常见原因有：

(1) 传感器故障：可通过外观检查、测量电容值方法检测；

(2) 整流器故障、接线错误：可通过万用表通断功能进行测试；

(3) 带电显示器故障：目前只能通过配套对应的传感器，通过交流发生器产生10kV电压模拟现场进行检测，工作量大、现场应用不方便。

因此，大部分情况下检修人员会在没有进行检测的情况下直接更换带电显示器，只能待设备送电后才能确定缺陷是否消除。而由于线路问题、更换的备品质量问题，导致消缺未完成的情况时有发生。此时，需要再次申请停电检修，大大增加运行、检修人员的工作量并且严重影响供电的可靠性。另外，在日常工作或大修技改工程中会购置一批带电显示器作为更换的备品，备品到货后只能通过外观检查方法进行验收，缺乏有效的检测途径进行抽样检查。

针对上述问题，为了避免重复停电，提高工作效率，研制一种便于携带的带电显示器检测工具，可快速便捷地检测带电显示器是否正常。

2 接触式高压带电显示装置

图1 带电显示装置简化原理图

而根据带电显示器内指示灯的指示方式，接触式高压带电显示装置又可分为长亮型和闪烁型。其原理图分别如图2～3所示。

图2 长亮型带电显示装置

图3 闪烁型带电显示装置

长亮型带电显示装置：高电压经传感器分压后取出低电压直接输入至带电显示器，电压满足指示灯工作要求时即可实现常亮，从而显示高压母线带电情况。

闪烁型带电显示装置：显示器内部可理解为若干氖泡串联后再与电容并联。高电压经传感器分压后取出低电压，经整流器输出直流脉动电压至带电显示器，即对显示器内部并联电容进行充电，当充电电压达到氖灯工作电压时即释放，氖灯闪亮一次，然后再进行充电，以此重复实现指示灯的闪烁。

3 带电显示器检测工具的研制

3.1 检测工具的特点

(1) 可适用于不同厂家的长亮型、闪烁型带电显示器的检测；

(2) 体积小、操作简单，便于携带；

(3) 检测工具输入电压为AC220V，方便在高压室、办公场所应用。

3.2 设计方案

检测工具箱体效果图如图4所示，其中包括4个模块：

图4 检测工具设计方案

(1) 电源输入模块：用于连接外部AC220V电源；

(2) 输出选择模块：包括长亮型和闪烁型检测；

(3) 电压监测模块：用于监测输出至带电显示器的电压值；

(4) 连接模块：用于将检测工具与带电显示器连接。

3.3 电路图设计

(1) 长亮型带电显示器检测

通过上述带电显示装置原理的概述，可知道长亮型的带电显示器工作时是通过电容分压原理将高的母线电压转换成低的交流电压输入至带电显示器中。不同厂家的带电显示器其正常工作时的交流电压不一，经试验测试研究，在输入AC10～150V之间即可实现有效的检测。

为此，检测工具在工作电源为AC220V下，通过可调变压器，使其输出可调整的电压，再串联一个限流电阻即可实现显示器的检测功能。其三相检测电路原理图如下图所示，其中电压表对于监测实时输出电压。

图5 长亮型带电显示器检测电路图

(2) 闪烁型带电显示器检测

检测工具输入电压为AC220V，若需要在此电压范围内实现显示器的检测，则需要调整串联电容的大小(即改变高压回路中传感器的电容值)，使其充电电压能同样达到氖泡的工作电压[2]。进行试验分析发现，针对不同型号的带电显示器，通过匹配使用15-434nf的电容代替原本的传感器，即可实现检测功能。其测试波型如图7所示。

图6 闪烁型带电显示器测试波形

图7 闪烁型带电显示器检测电路图

从上面分析可看出，通过串联电容的选择再经过二极管的整流电路输入至带电显示器即可实现检测功能。其三相检测电路图如图7所示。

4 检测工具的应用

4.1 检测工具使用步骤

图8 检测工具面板

(1)确定检测工具电源开关、空气开关处于断开状态，电压调节开关转到最小输出位置；

(2)将待检测的带电显示装置与高压回路断开；

(3)使用连接线将检测工具的输出端、接地端分别与带电显示器A、B、C任意一端和地端连接；

(4)将检测工具接上AC220V电源；

(5)确定待检测的带电显示装置属于闪烁型还是长亮型，如无法确定先以长亮型模式检测，如果不亮则再以闪烁型模式检测。

A.长亮型模式

合上电源开关、空气开关，将模式转换开关切换到“长亮型”，观察带电显示器是否亮，如无反应，慢慢调节电压调节开关，并观察万用表，最高输出电压不得超过150V。若升至150V带电显示器依然不亮则说明带电显示器存在故障。

B.闪烁型模式

合上电源开关、空气开关，将模式转换开关切换到“闪烁型”，观察带电显示器是否闪烁、光亮。如无反应，依次调节电容切换开关。若调节到“4档”带电显示器依然不亮则说明带电显示器存在故障。

(6)检测完成后，将模式转换开关切换至中间档，电容切换开关切换至“1档”，断开电源开关、空气开关，拆除电源线后，再将连接线拆除。将所有工具、材料放回至保护箱内。

4.2 检测工具测试及现场应用

通过研制的检测工具应用，截止目前，发现多起由于整流器损坏、导线接触不良等原因引起的带电显示器不亮的缺陷，有效地提高现场工作效率，避免重复性停电。

(1) 备品测试：检测工具制作完成后，对现有的带电显示器备品进行检测试应用，经测试，市场上的10kV开关柜带电显示器均能通过检测工具实现检测功能，如下图所示：

图9 检测工具测试应用情况(左为长亮型、右为闪烁型)

图10 检测工具现场应用

图11 带电显示器内部接线

(2) 现场应用1：某110kV变电站10kV电容开关柜带电显示器B相指示异常，通过使用检测工具对带电显示器A相进行检测时，发现A、B相指示灯均亮的异常情况。后测量传感器、整流器、二次接线发现，A、B两相整流器接线错误、B相二次接线存在接地等缺陷。

(3) 现场应用2：对某厂家带电显示器进行检测，发现ABC三相均不能正常显示，打开带电显示器内部，发现其标识的接地端在内部电路中实际上为悬空状态，若按照原带电显示器的接线方式A、B、C、GND端接线，带电显示器将会无法工作。

5 结语

本文详细介绍了开关柜带电显示器检测工具设计的原理、方案及使用方法。在日常变电运维工作中，结合本工具的应用可有效提高检修工作效率。同时结合现场工具使用情况，提出下述建议：

(1) 检测工具改进：闪烁型带电显示器检测中增加整流硅回路的选择。即现场可选择：检测工具自带整流硅直接检测带电显示器或选择不带整流硅检测柜内的整流硅及带电显示器。

(2) 带电显示器改进：现市场上开始出现拔插式的带电显示器，可不停电的情况下直接更换显示元件[3]。有效减少设备停电，可进行推广及应用。

(3) 通用性改进：带电显示器尺寸、配套的传感器大小规格不一致，导致变电所需要购置各种型号的备品，不方便运维及管理。可规范带电显示器的安装孔尺寸、传感器的大小及电容值，以加强其适配性。