CN201478877U

CN201478877U - 非接触式高压验电防护装置

Info

Publication number: CN201478877U
Application number: CN2009201438874U
Authority: CN
Inventors: 银振刚; 朱广发; 卢丽君; 孙永刚; 张小鹏; 王俊奇
Original assignee: Lanzhou Yinli Electrical Equipment Co Ltd
Current assignee: Lanzhou Yinli Electrical Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-04-14

Abstract

一种非接触式高压验电防护装置，包括高压电场传感器、就地采样显示模块、远程控制模块等，高压电场传感器将电场交流信号通过屏蔽导线送入就地采样显示模块后，被放大、滤波、变换成直流信号送入远程控制模块，由远程控制模块进行数据分析处理后输出对应的无源接点状态到综合自动化系统或远动装置，或通过RS485将数据送往通讯显示管理模块。该装置实现了无人值守自动检测过程，能准确的获取导线的带电状态，使验电过程安全、快捷、准确，为现场维修人员争得了更多的维修时间，也提高了日常维护的自动化程度。同时该装置能对相邻电场的电磁干扰能进行剔除，是一种具有很高的抗干扰能力和兼容性强的高压智能验电防护装置。

Description

非接触式高压验电防护装置

技术领域

本实用新型涉及一种非接触式高压验电防护装置，适用于电力，电气化铁路和供电设备及高压馈线隔离开关接地装置闭锁控制回路中，是输电设备自动防误装置，属输电设备电气自动化领域。

背景技术

在我国铁路系统的牵引变电所，综合自动化的快速发展和应用，已成为电气化铁路牵引所二次控制技术应用的主体，无人值守、遥控、遥信已逐步形成设计和运营管理的主要模式。在牵引变电所设备操作有着严格详细的程序，尤其对于停电、馈线倒闸、送电后对高压线路的验电过程非常重要，该项工作和电气设备、人员的安全有着密切的关系，因此更需要严格执行。目前，在我国普遍采用的验电方式为人工手动验电。人工验电存在的问题是：1.人工操作存在很大的安全隐患，因为这种人工验电必须是接触式验电，如遇上阴雨天气，人工手动验电给操作人员的人身安全也带来一定的危险；2.人工验电前后的倒闸，必须按操作规程规定的程序来倒闸，一般规模的变电所每次验电需要10-30分钟的时间，对于一小时以内的抢修天窗点来说，很大一部分时间用在了验电过程上；3.人工验电不仅劳动强度大，费时、不安全而且也不能自动向远方发送相关数据。随着我国铁路列车的大提速，人工手动验电已经不能满足高速列车运营系统的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是解决人工验电所带来的一系列的安全问题、时间问题和数据自动传输问题。提供一种在不接触高压馈线的前提下能准确、可靠、快速的检测高压馈线带电状态的非接触式高压验电防护装置，实现无人值守自动检测过程。

本实用新型的技术方案：一种非接触式高压验电防护装置，该装置包括高压电场传感器、验电笔杆、就地采样显示模块和远程控制模块、通讯显示管理模块、抗雷圈；高压电场传感器下端与验电笔杆上端连接，验电笔杆下端固定在支架的一端，就地采样显示模块固定在支架上，支架的另一端固定在抗雷圈下方的支柱上；高压电场传感器将电场交流信号通过屏蔽导线送入就地采样显示模块后，被放大、滤波、比较后，将直流信号通过屏蔽导线送入远程控制模块，由远程控制模块进行数据分析处理后输出对应的无源接点状态到综合自动化系统或远动装置，或通过RS485将数据送往通讯显示管理模块。

所述高压电场传感器包括电容式传感器、接线端子、底座和防雨帽；电容式传感器与接线端子连接后置于防雨帽内，防雨帽与底座密封连接；高压电场信号通过接线端子和屏蔽导线将交流场信号引入到就地采样显示模块。

本实用新型的有益效果是：

(1)不直接接触馈线能准确、自动、快速的测定馈线的带电情况并可在带电的情况下安全安装、调试，使验电过程安全、快捷、准确，为现场维修人员争得了更多的维修时间，同时也提高了日常维护的自动化程度；

(2)采用一阶巴特沃思过滤设计，抗干扰能力强，不仅对普通的电磁场有很强的抗干扰能力，更能消除雷电的瞬时强电势给设备带来的破坏性干扰，滤波时间不大于10ms。

(3)测试灵敏度高，测试准确。不对相邻的带电导线做带电检验。测试扫描周期不高于50ms。

(4)户外探头具有高达IP55的防护等级。

(5)计算机的信号输入采用光电隔离处理，避免了高压信号的意外引入，增加了输入信号和系统整体的稳定性和可靠性。

(6)输出接口全，不仅有无源接点输出，也有RS485通讯端口(具有防雷设计)和液晶屏显示，便于和变电所综合自动化系统接口连接。

(7)上位机或者综合自动化控制台，可以通过485通讯向远程控制模块索要任意一通道馈线的带电状态。

总之，本实用新型不仅适用范围广、功能齐全、安装简单、性价比高、安全可靠，而且操作简单、测量准确。实现了无人值守自动检测过程。

附图说明：

图1是高压电场传感器和就地采样显示模块在户外安装示意图；

图2是高压电场传感器结构分解示意图；

图2-1是图2的A放大图；

图2-2是图2的B放大图；

图3是抗雷设计和电压跟随原理图；

图4是滤波电路原理图；

图5是倍压，减法电路原理图；

图6是放大电路原理图；

图7是比较电路原理图；

图8是指示电路输出原理图；

图9是输出无源接点工作图；

图10是RS485抗雷原理图；

图11是就地采样显示模块和远程控制模块接线示意图；

图12是远程控制模块原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

参照图1，一种非接触式高压防护装置，包括高压电场传感器2、验电笔杆3、就地采样显示模块5和远程控制模块12、通讯显示管理模块、抗雷圈10，高压电场传感器2下端与验电笔杆3上端连接，验电笔杆3下端固定在支架4的一端，就地采样显示模块5固定在支架4上，支架4的另一端固定在抗雷圈10下方的支柱11上；高压电场传感器2将电场交流信号通过屏蔽导线送入就地采样显示模块5后，被放大、滤波、变换后，将直流信号通过屏蔽导线送入远程控制模块12，由远程控制模块12进行数据分析处理后输出对应的无源接点状态到综合自动化系统或远动装置，或通过RS485将数据送往通讯显示管理模块。

参照图2，所述高压电场传感器2包括电容式传感器7、接线端子6、底座8和防雨帽9；电容式传感器7与接线端子6连接后置于防雨帽9内，防雨帽9与底座8通过防尘密封垫13密封连接；高压电场信号通过接线端子6和屏蔽导线将交流场信号引入到就地采样显示模块5。

所述电容式传感器7由两片金属片组成；由于电容式传感器，其负载能力弱，故对负载阻抗有较高的要求，负载阻抗为1MΩ～2MΩ。

参照图3～图8，所述就地采样显示模块5的电路组成包括抗雷电路、信号跟随、滤波、倍压整流、减法、放大、滞后比较电路和馈线状态指示电路；其中：1)抗雷电路组成是：设有自恢复保险ZE1、ZE2、抗雷管TED1和瞬态抑制二极管TVS1，自恢复保险ZE1-1与端子(J1-1)相接，自恢复保险ZE1-2与抗雷管TED1的一端和瞬态抑制二极管TVS1的一端相接，自恢复保险ZE2-1与端子(J1-2)相接，自恢复保险ZE2-2与抗雷管TED1和瞬态抑制二极管TVS1的另一端接地；

2)信号跟随电路组成是：设有运算放大器IC1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2和电位计W1，电位计W1一端接电源，另一端与电阻R1组成偏置电路；因为非接触式智能高压验电防护装置实用的是单电源，由高压电场传感器来的交流信号通过XH进入本电路后必须偏置。电容C1隔离直流串扰信号，电容C2为去偶电容，调节电位计W1为输入信号提高合适的偏置电压，运算放大器IC1-4接地，运算放大器IC1-7接电源；解决传感器负载阻抗问题，另外，电路中采用了单电源供电，为避免交流信号负半周期被截掉，在设计时将信号整体抬高了6V。

3)滤波电路组成是：设有运算放大器IC2、电容C4和电阻R4、R5及电位计W2，是一阶巴特沃思低通滤波电路，主要是阻挡高次谐波进入电路，因为滤波中信号有衰减，故电路中设计了放大功能。电阻R5的一端接地，另一端和电位计W2-1、2端和运算放大器IC2-2接，电位计W2-3接运算放大器IC2-6，电阻R4的一端与电容C4的一端及运算放大器IC2-3接，电容C4的另一端与运算放大器IC2-4接地，运算放大器IC2-7接电源；通过对电位计W2的调节可使滤波后的交流信号提高；

4)倍压整流电路组成是：设有电容C7、C8和整流二极管D1、D2，将微弱的交流信号通过倍压电路得到较高的直流信号，这里非常巧妙的应用倍压整流电路将交流电场的小交流信号非常简单的变为较高的直流信号。电容C7的正端、整流二极管D1的正端、整流二极管D2的负端相接，整流二极管D2的正端和电容C8的正端接，电容C8的负端和整流二极管D1的负端接地；

5)减法电路组成是：设有运算放大器IC3、电阻R6、R7、R8、R9、R10和电位计W3，干扰信号通过该电路可得到很好的抑制，调整电位计W3能最大限度的对相邻电场的干扰进行抑制和滤波或剔除，并可将过强的信号衰减到适当的值。电阻R6的一端接电源，另一端与电位计W3-3接，电位计W3-1接地，电位计W3-2与电阻R7的一端接，电阻R7的另一端与电阻R10和运算放大器IC3-2接，电阻R10的另一端与运算放大器IC3-6接，电阻R8、R9的一端与运算放大器IC3-3接，电阻R9的另一端与地接，运算放大器IC3-4接地，运算放大器IC3-7接电源；

6)放大电路组成是：设有运算放大器IC 4和电阻R11、R12及电位计W4组成信号放大电路，电阻R12的一端接地，另一端与电位计W4-1共接运算放大器IC4-2，电位计W4-2、3与运算放大器IC4-6接，电阻R11的一端接运算放大器IC4-3，运算放大器IC4-4接地，运算放大器IC4-7接电源；对前一级的衰减信号作适当的放大。

7)施密特触发电路组成是：运算放大器IC5、电容C11和电阻R13组成滞后比较电路，在实际应用中由于电力机车通过时，现场信号不可避免的会出现一定幅度的波动，而本电路可以很好的解决该问题。运算放大器IC5的阈值为4V和8V；电容C11的一端接地，另一端与运算放大器IC5-5接，运算放大器IC5-2、6短接，运算放大器IC5-3与电阻R13的一端接，运算放大器IC5-4、8接电源，运算放大器IC5-1接地；主要为了防止信号因为某种故障正好发生在临界值附近的小幅度跳动时造成状态不稳定而设计的电路。

8)馈线状态指示电路组成是：场效应管Q1和继电器JDQ1，当运算放大器IC4输出电压≥8V时运算放大器IC5输出为低电平，此时场效应管Q1截止，输出为高，继电器JDQ1的线圈等电位，继电器不工作，继电器JDQ1-3保持12V电压，红灯亮表示有电，反之绿灯亮表示无电。

参照图9、10、12，所述远程控制模块12的电路组成有输入光电隔离电路、中央处理单元、状态显示电路和输出电路；将就地采样显示模块来的信号经光电隔离器进入该模块，由数据处理单元进行信号分析、数据处理后送出；其中：

1)光电隔离电路：主要是预防隔离高压电场和干扰信号的进入，使后续电路安全工作。光隔U1～U8，电容C1～C16，电阻R17～R32组成了8路光电隔离输入电路，其中电容C1的正端接光隔U1-1，电阻R17的一端接光隔U1-2，电容C1的负端和电阻R17的另一端接外5V地WGND，光隔U1-5接5V电源VCC，光隔U1-4接电容C2的正端和电阻R18的一端及状态显示电路的光隔U9-4、7端，电容C2的负端和电阻R18的另一端接5V地GND，其它各路类似；

2)中央处理单元：采集和处理并存储从光电隔离电路来的各路馈线的带电状态信号(最大为8路)，从P1口输入数据并处理后，分别从通讯口和P0口输出；

3)状态显示电路：由比较器U9～U12，电阻R1～R16，发光管D1～D16组成通讯模块馈线显示电路，通过光隔U1_4～U8-4输出的信号分别进入比较器U9～U12的4、7、11、8端与从比较器U9～U12的5、6、9、10端输入的标准电压进行比较，当信号电压≥标准电压时点亮对应的有电指示灯，反之点亮无电的指示灯；

4)通过RS485通讯口接无源接点输出各路馈线带电状态至通讯显示模块或综合自动控制台。

所述的高压电场传感器2与10KV、20～35KV、60～220KV高压馈线1间的距离H分别可控制在300～600mm、800～1200mm、1600～2000mm之间；当高压馈线1分别是10KV、27.5KV、110KV时，高压电场传感器2与高压馈线1间的最小距离H分别是300mm、800mm和1600mm。

当被检测馈线有电时，在以馈线为中心的周围分布电场，此时高压电场传感器(2)就可在不接触高压馈线的时候检测到电场的感应电压。由高压传感器送来的交流信号，经就地采样显示模块放大、滤波、变换、滤波、比较处理后输出一个驱动信号驱动场效应管，通过场效应管输出是有电还是无电。从就地采样显示模块来的有电或无电信号到了远程控制模块后，通过隔离处理，数据分析后，将输出的无源接点的开关断开(有电)或接通(无电)，同时该模块将各个馈线的状态通过RS485通讯将数据送达综合自动化控制台或中央控制室。

Claims

1.一种非接触式高压验电防护装置，其特征在于：该装置包括高压电场传感器(2)、验电笔杆(3)、就地采样显示模块(5)和远程控制模块(12)、通讯显示管理模块、抗雷圈(10)；高压电场传感器(2)下端与验电笔杆(3)上端连接，验电笔杆(3)下端固定在支架(4)的一端，就地采样显示模块(5)固定在支架(4)上，支架(4)的另一端固定在抗雷圈(10)下方的支柱(11)上；高压电场传感器(2)将电场交流信号通过屏蔽导线送入就地采样显示模块(5)后，被放大、滤波、比较后，将直流信号通过屏蔽导线送入远程控制模块(12)，由远程控制模块(12)进行数据分析处理后输出对应的无源接点状态到综合自动化系统或远动装置，或通过RS485将数据送往通讯显示管理模块。

2.根据权利要求1所述的非接触式高压验电防护装置，其特征在于：所述高压电场传感器(2)包括电容式传感器(7)、接线端子(6)、底座(8)和防雨帽(9)；电容式传感器(7)与接线端子(6)连接后置于防雨帽(9)内，防雨帽(9)与底座(8)密封连接；高压电场信号通过接线端子(6)和屏蔽导线将交流场信号引入到就地采样显示模块(5)。

3.根据权利要求2所述的非接触式高压验电防护装置，其特征在于：所述电容式传感器(7)由两片金属片组成。

4.根据权利要求1或2所述的非接触式高压验电防护装置，其特征是：就地采样显示模块(5)，其电路组成包括抗雷电路、信号跟随、滤波、倍压整流、减法、放大、滞后比较电路和馈线状态指示电路；其中：

1)抗雷电路组成是：设有自恢复保险ZE1、ZE2、抗雷管TED1和瞬态抑制二极管TVS1，自恢复保险ZE1-1与端子(J1-1)相接，自恢复保险ZE1-2与抗雷管TED1的一端和瞬态抑制二极管TVS1的一端相接，自恢复保险ZE2-1与端子(J1-2)相接，自恢复保险ZE2-2与抗雷管TED1和瞬态抑制二极管TVS1的另一端接地；

2)信号跟随电路组成是：设有运算放大器IC1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2和电位计W1，电位计W1一端接电源，另一端与电阻R1组成偏置电路；电容C1隔离直流串扰信号，电容C2为去偶电容，调节电位计W1为输入信号提高合适的偏置电压，运算放大器IC1-4接地，运算放大器IC1-7接电源；

3)滤波电路组成是：设有运算放大器IC2、电容C4和电阻R4、R5及电位计W2，是一阶巴特沃思低通滤波电路，电阻R5的一端接地，另一端和电位计W2-1、2端和运算放大器IC2-2接，电位计W2-3接运算放大器IC2-6，电阻R4的一端与电容C4的一端及运算放大器IC2-3接，电容C4的另一端与运算放大器IC2-4接地，运算放大器IC2-7接电源；

4)倍压整流电路组成是：设有电容C7、C8和整流二极管D1、D2，电容C7的正端、整流二极管D1的正端、整流二极管D2的负端相接，整流二极管D2的正端和电容C8的正端接，电容C8的负端和整流二极管D1的负端接地；

5)减法电路组成是：设有运算放大器IC3、电阻R6、R7、R8、R9、R10和电位计W3，电阻R6的一端接电源，另一端与电位计W3-3接，电位计W3-1接地，电位计W3-2与电阻R7的一端接，电阻R7的另一端与电阻R10和运算放大器IC3-2接，电阻R10的另一端与运算放大器IC3-6接，电阻R8、R9的一端与运算放大器IC3-3接，电阻R9的另一端与地接，运算放大器IC3-4接地，运算放大器IC3-7接电源；

6)放大电路组成是：设有运算放大器IC 4和电阻R11、R12及电位计W4组成信号放大电路，电阻R12的一端接地，另一端与电位计W4-1共接运算放大器IC4-2，电位计W4-2、3与运算放大器IC4-6接，电阻R11的一端接运算放大器IC4-3，运算放大器IC4-4接地，运算放大器IC4-7接电源；

7)施密特触发电路组成是：运算放大器IC5、电容C11和电阻R13组成滞后比较电路，运算放大器IC5的阈值为4V和8V；电容C11的一端接地，另一端与运算放大器IC5-5接，运算放大器IC5-2、6短接，运算放大器IC5-3与电阻R13的一端接，运算放大器IC5-4、8接电源，运算放大器IC5-1接地；

5.根据权利要求1或2所述的非接触式高压验电防护装置，其特征在于：远程控制模块(12)的电路组成有输入光电隔离电路、中央处理单元、状态显示电路和输出电路；其中：

1)光电隔离电路：光隔U1～U8，电容C1～C16，电阻R17～R32组成了8路光电隔离输入电路，其中电容C1的正端接光隔U1-1，电阻R17的一端接光隔U1-2，电容C1的负端和电阻R17的另一端接外5V地WGND，光隔U1-5接5V电源VCC，光隔U1-4接电容C2的正端和电阻R18的一端及状态显示电路的光隔U9-4、7端，电容C2的负端和电阻R18的另一端接5V地GND，其它各路类似；

2)中央处理单元：采集和处理并存储从光电隔离电路来的各路馈线的带电状态信号，该信号最大为8路，从P1口输入数据并处理后，分别从通讯口和P0口输出；

3)状态显示电路：由比较器U9～U12，电阻R1～R16，发光管D1～D16组成通讯模块馈线显示电路，通过光隔U1_4～U8-4输出的信号分别进入比较器U9～U12的4、7、11、8端与从比较器U9～U12的5、6、9、10端输入的标准电压进行比较，当信号电压≥标准电压时点亮对应的有电指示灯，反之点亮无电的指示灯。

6.根据权利要求1或2所述的非接触式高压验电防护装置，其特征在于：所述的高压电场传感器(2)与10KV、20～35KV、60～220KV高压馈线(1)间的距离H分别可控制在300～600mm、800～1200mm、1600～2000mm之间。