论文部分内容阅读
摘 要：本文简要介绍了新型高压带电显示装置系统关键技术和系统组成，在此基础上对新型高压带电显示装置系统设计与实现进行研究，最后对新型高压带电显示装置系统的应用进行分析。
关键词：新型高压带电显示装置；系统设计；系统实现
引言
随着国内城市电网建设与改造的加快，高压进入市区，直接深入负荷中心，环网供电成为解决城市负荷密度增加而呈现的必然结果。目前大部分开关设备上都安装了高压带电显示装置，大部分为无源提示型带电显示装置，少部分为有源提示型或强制闭锁型，在环网柜设备上几乎全部是无源提示型产品。这类产品的存在和使用，为操作人员直观观察高压设备的带电状况提供了可用的手段，有着积极地意义。
一、新型高压带电显示装置系统关键技术和系统组成
（一）关键技术
本设计无外接电源，仅有传感器的输出信号，且传感器输入信号根据传感器类型从几十到几百微安不等，为了完成带电显示和闭锁功能，需要解决以下关键技术：①从传感器输入信号中获取电源；②微弱电流点亮LED；③微弱电流驱动闭锁元件完成闭锁功能；④模拟高压环境进行测试。
（二）系统组成
系统组成如图1所示，高压带电显示装置由三个传感器和一个显示器经导线连接组成。
带电显示和强制闭锁均受同一高压信号所控制，但电路系统又是相互独立、互不干扰。传感器共三支，分别对应“A，B，C”三相带电体，它采集高压带电体的信号，并传送给显示装置进行比较判断。显示装置接收到传感器输出的交流电流信号后，经信号输入处理电路将信号分为两个部分。
二、新型高压带电显示装置系统设计与实现
（一）信号输入电路设计及实现
信号输入接口电路是显示装置与传感器的联系电路。当高压线路带电时，装置从传感器接入的信号是50Hz的交流电流信号。发光二极管有正负极之分，因此不能直接使用这个信号来驱动发光二极管，此外，闭锁驱动电路采用数字电路，也需要驱动源，因此需要对其进行处理。设计上使用整流器对信号进行处理。整流器是将方向、大小时时在变的交流电，变为方向不变、大小在变的单向脉动电。变为单向脉动电之后，就可以用来驱动发光二极管了。再经过滤波电路、稳压电路，将脉动电变为大小不变的直流电。这样的直流电就可以提供给驱动数字电路完成闭锁功能了。
（二）带电显示功能的设计及实现
从功能上考虑，由于传感器的电流微弱，直接用它来驱动发光器件的话，显示的亮度不高，可视度不好，起不到带电提示的作用，因此带电显示功能的实现采用蓄电点灯的方式。当由整流模块产生的电压低于储能电容两端的电压时，储能电容处于充电状态，此时能量泄放管呈高阻抗，用作带电显示的发光二极管不亮；当储能电容两端的电压大于能量泄放管的导通电压时，能量泄放管导通，此时储能电容通过由能量泄放管，限流电阻，以及发光二极管构成的放电回路放电，从而发光二极管点亮；当储能电容C两端的电压不足以维持能量泄放管导通时，储能电容结束放电，继而转入充电状态，准备下一次放电点亮发光二极管。
（三）闭锁功能的设计即实现
本设计选择了SUPERTEX公司生产的耗尽型N-MOSFET DN5A。其击穿电压为90V，可以满足目前大多数自带电源的电磁锁。闭锁元件需要电源才能完成预定的动作。在本设计中，闭锁电源来自于传感器的输出。该信号是频率为50Hz的交流电。闭锁输出用于为闭锁机构提供信号，采取无源负验电方式。即当高压设备带电时，闭锁输出正和闭锁输出负之间为高阻状态，对于闭锁机构来说相当于“断开”；当高压设备不带电时，闭锁输出正和闭锁输出负之间为低阻状态，对于闭锁机构来说相当于“短接”。
三、新型高压带电显示装置系统应用
（一）解决的技术问题
由于现有的高压带电显示闭锁装置的尺寸比较大，受现场环境及空间限制，有时会与其他装置干涉而导致难以安装，致使产品不能有效的大面积推广使用。本装置以此为出发点，在设计上采用与单轴电脑钥匙配合使用进行通信，大大减小了装置的外形尺寸，使得装置小巧而灵活，可以适合于更多现场的安装和使用，且操作更加简单、可靠。另外现有的探针接触方式更加可靠有效，避免了原有电脑钥匙与装置接触不良。
（二）实现方案
原有方案使用双轴电脑钥匙与高压装置进行通信，钥匙接口部分的区域尺寸占比比较大，导致整个装置的的空间也需要相应的增大，现场安装不方便；其次，电脑钥匙与装置的的通信时通过电脑钥匙两侧的电极与装置钥匙接口部分的左右电极的接触来实现，存在虚接触与假接触不良的现象。
新型高压带电显示装置有效减小了装置尺寸、使之更加灵活而适应现场安装；取消了原有的双轴电脑钥匙，使得装置使用更加可靠而操作简单。当电脑钥匙使用时，将钥匙解锁头部分插入高压装置的钥匙接口，解锁头两侧的电极将会和装置内的探针接触并由一定的压迫，利用探针的回弹性，可以保持两者的有效接触，保证通信的可靠性。带有单孔钥匙接口的方形外形，分上盖和底盖两部分。产品尺寸更加小巧、能够应用于更多的现场：改变了原有装置尺寸过大而不能适用于更多现场的问题，能够灵活安装适用。操作更简单、通信更加可靠：原有装置的通信需要靠双轴电脑钥匙的双孔来定位和接触、操作时需要双孔定位，且容易摔坏。现有装置采用单孔，定位简单、容易；并通过探针与单轴电脑钥匙两侧的电极进行通信，当电脑钥匙插入钥匙接口孔之后，探针回弹将与电极有效接触，避免了原有设计的可能的虚接触和假接触的不良。
结语：
总而言之，电力系统的工作环境以及人为操作环境哪一个环节出现失误都会对运行操作人员造成严重的人身伤害或对设备造成损毁，所以，电力行业安全化建设越来越重要。本装置的实施和推广应用可以杜绝人为操作事故的隐患，保证操作者的人身安全和设备的运行安全，可为国家节省电力设备直接经济损失和因电力事故而造成的其它行业经济损失，具有极大的社会经济效益。
参考文献：
[1]周锋，王鹏程，翁利国等.一种不停電安装的新型高压带电显示装置的研制[J].自动化应用，2016，07（8）：123-125.
[2]胡荣华，刘晓泽，钱少锋等.一种新型高压带电显示装置的研究与应用[J].电子世界，2015，10（16）：129-130，135.
[3]周谷亮.高压带电显示装置在配网中的应用[J].电工技术，2015，11（3）：37，50.
[4]吴健，徐昕，徐凯等.一种新型泄漏电流式高压带电显示及闭锁装置的设计[J].自动化应用，2016，07（6）：103-105.
关键词：新型高压带电显示装置；系统设计；系统实现
引言
随着国内城市电网建设与改造的加快，高压进入市区，直接深入负荷中心，环网供电成为解决城市负荷密度增加而呈现的必然结果。目前大部分开关设备上都安装了高压带电显示装置，大部分为无源提示型带电显示装置，少部分为有源提示型或强制闭锁型，在环网柜设备上几乎全部是无源提示型产品。这类产品的存在和使用，为操作人员直观观察高压设备的带电状况提供了可用的手段，有着积极地意义。
一、新型高压带电显示装置系统关键技术和系统组成
（一）关键技术
本设计无外接电源，仅有传感器的输出信号，且传感器输入信号根据传感器类型从几十到几百微安不等，为了完成带电显示和闭锁功能，需要解决以下关键技术：①从传感器输入信号中获取电源；②微弱电流点亮LED；③微弱电流驱动闭锁元件完成闭锁功能；④模拟高压环境进行测试。
（二）系统组成
系统组成如图1所示，高压带电显示装置由三个传感器和一个显示器经导线连接组成。
带电显示和强制闭锁均受同一高压信号所控制，但电路系统又是相互独立、互不干扰。传感器共三支，分别对应“A，B，C”三相带电体，它采集高压带电体的信号，并传送给显示装置进行比较判断。显示装置接收到传感器输出的交流电流信号后，经信号输入处理电路将信号分为两个部分。
二、新型高压带电显示装置系统设计与实现
（一）信号输入电路设计及实现
信号输入接口电路是显示装置与传感器的联系电路。当高压线路带电时，装置从传感器接入的信号是50Hz的交流电流信号。发光二极管有正负极之分，因此不能直接使用这个信号来驱动发光二极管，此外，闭锁驱动电路采用数字电路，也需要驱动源，因此需要对其进行处理。设计上使用整流器对信号进行处理。整流器是将方向、大小时时在变的交流电，变为方向不变、大小在变的单向脉动电。变为单向脉动电之后，就可以用来驱动发光二极管了。再经过滤波电路、稳压电路，将脉动电变为大小不变的直流电。这样的直流电就可以提供给驱动数字电路完成闭锁功能了。
（二）带电显示功能的设计及实现
从功能上考虑，由于传感器的电流微弱，直接用它来驱动发光器件的话，显示的亮度不高，可视度不好，起不到带电提示的作用，因此带电显示功能的实现采用蓄电点灯的方式。当由整流模块产生的电压低于储能电容两端的电压时，储能电容处于充电状态，此时能量泄放管呈高阻抗，用作带电显示的发光二极管不亮；当储能电容两端的电压大于能量泄放管的导通电压时，能量泄放管导通，此时储能电容通过由能量泄放管，限流电阻，以及发光二极管构成的放电回路放电，从而发光二极管点亮；当储能电容C两端的电压不足以维持能量泄放管导通时，储能电容结束放电，继而转入充电状态，准备下一次放电点亮发光二极管。
（三）闭锁功能的设计即实现
本设计选择了SUPERTEX公司生产的耗尽型N-MOSFET DN5A。其击穿电压为90V，可以满足目前大多数自带电源的电磁锁。闭锁元件需要电源才能完成预定的动作。在本设计中，闭锁电源来自于传感器的输出。该信号是频率为50Hz的交流电。闭锁输出用于为闭锁机构提供信号，采取无源负验电方式。即当高压设备带电时，闭锁输出正和闭锁输出负之间为高阻状态，对于闭锁机构来说相当于“断开”；当高压设备不带电时，闭锁输出正和闭锁输出负之间为低阻状态，对于闭锁机构来说相当于“短接”。
三、新型高压带电显示装置系统应用
（一）解决的技术问题
由于现有的高压带电显示闭锁装置的尺寸比较大，受现场环境及空间限制，有时会与其他装置干涉而导致难以安装，致使产品不能有效的大面积推广使用。本装置以此为出发点，在设计上采用与单轴电脑钥匙配合使用进行通信，大大减小了装置的外形尺寸，使得装置小巧而灵活，可以适合于更多现场的安装和使用，且操作更加简单、可靠。另外现有的探针接触方式更加可靠有效，避免了原有电脑钥匙与装置接触不良。
（二）实现方案
原有方案使用双轴电脑钥匙与高压装置进行通信，钥匙接口部分的区域尺寸占比比较大，导致整个装置的的空间也需要相应的增大，现场安装不方便；其次，电脑钥匙与装置的的通信时通过电脑钥匙两侧的电极与装置钥匙接口部分的左右电极的接触来实现，存在虚接触与假接触不良的现象。
新型高压带电显示装置有效减小了装置尺寸、使之更加灵活而适应现场安装；取消了原有的双轴电脑钥匙，使得装置使用更加可靠而操作简单。当电脑钥匙使用时，将钥匙解锁头部分插入高压装置的钥匙接口，解锁头两侧的电极将会和装置内的探针接触并由一定的压迫，利用探针的回弹性，可以保持两者的有效接触，保证通信的可靠性。带有单孔钥匙接口的方形外形，分上盖和底盖两部分。产品尺寸更加小巧、能够应用于更多的现场：改变了原有装置尺寸过大而不能适用于更多现场的问题，能够灵活安装适用。操作更简单、通信更加可靠：原有装置的通信需要靠双轴电脑钥匙的双孔来定位和接触、操作时需要双孔定位，且容易摔坏。现有装置采用单孔，定位简单、容易；并通过探针与单轴电脑钥匙两侧的电极进行通信，当电脑钥匙插入钥匙接口孔之后，探针回弹将与电极有效接触，避免了原有设计的可能的虚接触和假接触的不良。
结语：
总而言之，电力系统的工作环境以及人为操作环境哪一个环节出现失误都会对运行操作人员造成严重的人身伤害或对设备造成损毁，所以，电力行业安全化建设越来越重要。本装置的实施和推广应用可以杜绝人为操作事故的隐患，保证操作者的人身安全和设备的运行安全，可为国家节省电力设备直接经济损失和因电力事故而造成的其它行业经济损失，具有极大的社会经济效益。
参考文献：
[1]周锋，王鹏程，翁利国等.一种不停電安装的新型高压带电显示装置的研制[J].自动化应用，2016，07（8）：123-125.
[2]胡荣华，刘晓泽，钱少锋等.一种新型高压带电显示装置的研究与应用[J].电子世界，2015，10（16）：129-130，135.
[3]周谷亮.高压带电显示装置在配网中的应用[J].电工技术，2015，11（3）：37，50.
[4]吴健，徐昕，徐凯等.一种新型泄漏电流式高压带电显示及闭锁装置的设计[J].自动化应用，2016，07（6）：103-105.