專利名稱：非接觸式高壓驗電防護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種非接觸式高壓驗電防護裝置，適用于電力，電氣化鐵路和供
電設備及高壓饋線隔離開關接地裝置閉鎖控制回路中，是輸電設備自動防誤裝置，屬輸電 設備電氣自動化領域。
背景技術：
在我國鐵路系統的牽引變電所，綜合自動化的快速發展和應用，已成為電氣化鐵 路牽引所二次控制技術應用的主體，無人值守、遙控、遙信已逐步形成設計和運營管理的主 要模式。在牽引變電所設備操作有著嚴格詳細的程序，尤其對于停電、饋線倒閘、送電后對 高壓線路的驗電過程非常重要，該項工作和電氣設備、人員的安全有著密切的關系，因此更 需要嚴格執行。目前，在我國普遍采用的驗電方式為人工手動驗電。人工驗電存在的問題 是l.人工操作存在很大的安全隱患，因為這種人工驗電必須是接觸式驗電，如遇上陰雨 天氣，人工手動驗電給操作人員的人身安全也帶來一定的危險；2.人工驗電前后的倒閘， 必須按操作規程規定的程序來倒閘，一般規模的變電所每次驗電需要10-30分鐘的時間， 對于一小時以內的搶修天窗點來說，很大一部分時間用在了驗電過程上；3.人工驗電不僅 勞動強度大，費時、不安全而且也不能自動向遠方發送相關數據。隨著我國鐵路列車的大提 速，人工手動驗電已經不能滿足高速列車運營系統的要求。
實用新型內容本實用新型的目的就是解決人工驗電所帶來的一系列的安全問題、時間問題和數 據自動傳輸問題。提供一種在不接觸高壓饋線的前提下能準確、可靠、快速的檢測高壓饋線 帶電狀態的非接觸式高壓驗電防護裝置，實現無人值守自動檢測過程。
本實用新型的技術方案一種非接觸式高壓驗電防護裝置，該裝置包括高壓電場
傳感器、驗電筆桿、就地采樣顯示模塊和遠程控制模塊、通訊顯示管理模塊、抗雷圈；高壓電
場傳感器下端與驗電筆桿上端連接，驗電筆桿下端固定在支架的一端，就地采樣顯示模塊
固定在支架上，支架的另一端固定在抗雷圈下方的支柱上；高壓電場傳感器將電場交流信
號通過屏蔽導線送入就地采樣顯示模塊后，被放大、濾波、比較后，將直流信號通過屏蔽導
線送入遠程控制模塊，由遠程控制模塊進行數據分析處理后輸出對應的無源接點狀態到綜
合自動化系統或遠動裝置，或通過RS485將數據送往通訊顯示管理模塊。 所述高壓電場傳感器包括電容式傳感器、接線端子、底座和防雨帽；電容式傳感器
與接線端子連接后置于防雨帽內，防雨帽與底座密封連接；高壓電場信號通過接線端子和
屏蔽導線將交流場信號引入到就地采樣顯示模塊。 本實用新型的有益效果是 (1)不直接接觸饋線能準確、自動、快速的測定饋線的帶電情況并可在帶電的情況 下安全安裝、調試，使驗電過程安全、快捷、準確，為現場維修人員爭得了更多的維修時間， 同時也提高了日常維護的自動化程度；[0008] (2)采用一階巴特沃思過濾設計，抗干擾能力強，不僅對普通的電磁場有很強的抗 干擾能力，更能消除雷電的瞬時強電勢給設備帶來的破壞性干擾，濾波時間不大于10ms。
(3)測試靈敏度高，測試準確。不對相鄰的帶電導線做帶電檢驗。測試掃描周期不 高于50ms 。 (4)戶外探頭具有高達IP55的防護等級。 (5)計算機的信號輸入采用光電隔離處理，避免了高壓信號的意外引入，增加了輸 入信號和系統整體的穩定性和可靠性。 (6)輸出接口全，不僅有無源接點輸出，也有RS485通訊端口 (具有防雷設計)和 液晶屏顯示，便于和變電所綜合自動化系統接口連接。 (7)上位機或者綜合自動化控制臺，可以通過485通訊向遠程控制模塊索要任意 一通道饋線的帶電狀態。 總之，本實用新型不僅適用范圍廣、功能齊全、安裝簡單、性價比高、安全可靠，而 且操作簡單、測量準確。實現了無人值守自動檢測過程。
圖1是高壓電場傳感器和就地采樣顯示模塊在戶外安裝示意圖； 圖2是高壓電場傳感器結構分解示意圖； 圖2-l是圖2的A放大圖； 圖2-2是圖2的B放大圖； 圖3是抗雷設計和電壓跟隨原理圖； 圖4是濾波電路原理圖； 圖5是倍壓，減法電路原理圖； 圖6是放大電路原理圖； 圖7是比較電路原理圖； 圖8是指示電路輸出原理圖； 圖9是輸出無源接點工作圖； 圖10是RS485抗雷原理圖； 圖11是就地采樣顯示模塊和遠程控制模塊接線示意圖； 圖12是遠程控制模塊原理具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。 參照圖1，一種非接觸式高壓防護裝置，包括高壓電場傳感器2、驗電筆桿3、就地 采樣顯示模塊5和遠程控制模塊12、通訊顯示管理模塊、抗雷圈10，高壓電場傳感器2下端 與驗電筆桿3上端連接，驗電筆桿3下端固定在支架4的一端，就地采樣顯示模塊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；高壓電場傳感器2將電場交 流信號通過屏蔽導線送入就地采樣顯示模塊5后，被放大、濾波、變換后，將直流信號通過 屏蔽導線送入遠程控制模塊12，由遠程控制模塊12進行數據分析處理后輸出對應的無源 接點狀態到綜合自動化系統或遠動裝置，或通過RS485將數據送往通訊顯示管理模塊。[0031] 參照圖2，所述高壓電場傳感器2包括電容式傳感器7、接線端子6、底座8和防雨 帽9 ;電容式傳感器7與接線端子6連接后置于防雨帽9內，防雨帽9與底座8通過防塵密 封墊13密封連接；高壓電場信號通過接線端子6和屏蔽導線將交流場信號引入到就地采樣 顯示模塊5。 所述電容式傳感器7由兩片金屬片組成；由于電容式傳感器，其負載能力弱，故對 負載阻抗有較高的要求，負載阻抗為1MQ 2MQ 。 參照圖3 圖8，所述就地采樣顯示模塊5的電路組成包括抗雷電路、信號跟隨、濾 波、倍壓整流、減法、放大、滯后比較電路和饋線狀態指示電路；其中1)抗雷電路組成是 設有自恢復保險ZE1、 ZE2、抗雷管TED1和瞬態抑制二極管TVS1，自恢復保險ZE1-1與端子 (Jl-1)相接，自恢復保險ZE1-2與抗雷管TED1的一端和瞬態抑制二極管TVS1的一端相接， 自恢復保險ZE2-1與端子(Jl-2)相接，自恢復保險ZE2-2與抗雷管TED1和瞬態抑制二極 管TVS1的另一端接地； 2)信號跟隨電路組成是設有運算放大器IC1、電阻R1、R2、R3、電容C1、C2和電位 計W1，電位計W1 —端接電源，另一端與電阻R1組成偏置電路；因為非接觸式智能高壓驗電 防護裝置實用的是單電源，由高壓電場傳感器來的交流信號通過XH進入本電路后必須偏 置。電容C1隔離直流串擾信號，電容C2為去偶電容，調節電位計W1為輸入信號提高合適 的偏置電壓，運算放大器ICl-4接地，運算放大器ICl-7接電源；解決傳感器負載阻抗問題， 另外，電路中采用了單電源供電，為避免交流信號負半周期被截掉，在設計時將信號整體抬 高了 6V。 3)濾波電路組成是設有運算放大器IC2、電容C4和電阻R4、 R5及電位計W2，是 一階巴特沃思低通濾波電路，主要是阻擋高次諧波進入電路，因為濾波中信號有衰減，故電 路中設計了放大功能。電阻R5的一端接地，另一端和電位計W2-l、2端和運算放大器IC2-2 接，電位計W2-3接運算放大器IC2-6，電阻R4的一端與電容C4的一端及運算放大器IC2-3 接，電容C4的另一端與運算放大器IC2-4接地，運算放大器IC2-7接電源；通過對電位計W2 的調節可使濾波后的交流信號提高； 4)倍壓整流電路組成是設有電容C7、 C8和整流二極管Dl、 D2，將微弱的交流信 號通過倍壓電路得到較高的直流信號，這里非常巧妙的應用倍壓整流電路將交流電場的小 交流信號非常簡單的變為較高的直流信號。電容C7的正端、整流二極管D1的正端、整流二 極管D2的負端相接，整流二極管D2的正端和電容C8的正端接，電容C8的負端和整流二極 管D1的負端接地； 5)減法電路組成是設有運算放大器IC3、電阻R6、 R7、 R8、 R9、 R10和電位計W3， 干擾信號通過該電路可得到很好的抑制，調整電位計W3能最大限度的對相鄰電場的干擾 進行抑制和濾波或剔除，并可將過強的信號衰減到適當的值。電阻R6的一端接電源，另一 端與電位計W3-3接，電位計W3-l接地，電位計W3-2與電阻R7的一端接，電阻R7的另一端 與電阻R10和運算放大器IC3-2接，電阻R10的另一端與運算放大器IC3-6接，電阻R8、R9 的一端與運算放大器IC3-3接，電阻R9的另一端與地接，運算放大器IC3-4接地，運算放大 器IC3-7接電源； 6)放大電路組成是設有運算放大器IC 4和電阻Rll、 R12及電位計W4組成信 號放大電路，電阻R12的一端接地，另一端與電位計W4-l共接運算放大器IC4-2，電位計W4-2、3與運算放大器IC4-6接，電阻Rll的一端接運算放大器IC4-3，運算放大器IC4-4接 地，運算放大器IC4-7接電源；對前一級的衰減信號作適當的放大。 7)施密特觸發電路組成是運算放大器IC5、電容C11和電阻R13組成滯后比較電
路，在實際應用中由于電力機車通過時，現場信號不可避免的會出現一定幅度的波動，而本
電路可以很好的解決該問題。運算放大器IC5的閾值為4V和8V ;電容Cll的一端接地，另
一端與運算放大器IC5-5接，運算放大器IC5-2、6短接，運算放大器IC5-3與電阻R13的一
端接，運算放大器IC5-4、8接電源，運算放大器IC5-1接地；主要為了防止信號因為某種故
障正好發生在臨界值附近的小幅度跳動時造成狀態不穩定而設計的電路。 8)饋線狀態指示電路組成是場效應管Q1和繼電器JDQ1，當運算放大器IC4輸出
電壓> 8V時運算放大器IC5輸出為低電平，此時場效應管Ql截止，輸出為高，繼電器JDQ1
的線圈等電位，繼電器不工作，繼電器JDQl-3保持12V電壓，紅燈亮表示有電，反之綠燈亮
表示無電。 參照圖9、10、12，所述遠程控制模塊12的電路組成有輸入光電隔離電路、中央處 理單元、狀態顯示電路和輸出電路；將就地采樣顯示模塊來的信號經光電隔離器進入該模 塊，由數據處理單元進行信號分析、數據處理后送出；其中 1)光電隔離電路主要是預防隔離高壓電場和干擾信號的進入，使后續電路安全 工作。光隔Ul U8，電容Cl C16，電阻R17 R32組成了 8路光電隔離輸入電路，其中 電容Cl的正端接光隔Ul-l，電阻R17的一端接光隔Ul-2，電容Cl的負端和電阻R17的另 一端接外5V地WGND，光隔Ul-5接5V電源VCC，光隔Ul-4接電容C2的正端和電阻R18的 一端及狀態顯示電路的光隔U9-4、7端，電容C2的負端和電阻R18的另一端接5V地GND，其 它各路類似； 2)中央處理單元采集和處理并存儲從光電隔離電路來的各路饋線的帶電狀態 信號(最大為8路)，從P1 口輸入數據并處理后，分別從通訊口和PO 口輸出； 3)狀態顯示電路由比較器U9 U12，電阻Rl R16，發光管Dl D16組成通訊 模塊饋線顯示電路，通過光隔Ul_4 U8-4輸出的信號分別進入比較器U9 U12的4、7、 11、8端與從比較器U9 U12的5、6、9、10端輸入的標準電壓進行比較，當信號電壓^標準 電壓時點亮對應的有電指示燈，反之點亮無電的指示燈； 4)通過RS485通訊口接無源接點輸出各路饋線帶電狀態至通訊顯示模塊或綜合 自動控制臺。 所述的高壓電場傳感器2與10KV、20 35KV、60 220KV高壓饋線1間的距離H 分別可控制在300 600mm、800 1200mm、 1600 2000mm之間；當高壓饋線1分別是IOKV、 27. 5KV、110KV時，高壓電場傳感器2與高壓饋線1間的最小距離H分別是300mm、800mm和 1600mm。 當被檢測饋線有電時，在以饋線為中心的周圍分布電場，此時高壓電場傳感器(2) 就可在不接觸高壓饋線的時候檢測到電場的感應電壓。由高壓傳感器送來的交流信號，經 就地采樣顯示模塊放大、濾波、變換、濾波、比較處理后輸出一個驅動信號驅動場效應管，通 過場效應管輸出是有電還是無電。從就地采樣顯示模塊來的有電或無電信號到了遠程控 制模塊后，通過隔離處理，數據分析后，將輸出的無源接點的開關斷開(有電)或接通(無 電)，同時該模塊將各個饋線的狀態通過RS485通訊將數據送達綜合自動化控制臺或中央控制室。
權利要求一種非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征在于該裝置包括高壓電場傳感器(2)、驗電筆桿(3)、就地采樣顯示模塊(5)和遠程控制模塊(12)、通訊顯示管理模塊、抗雷圈(10)；高壓電場傳感器(2)下端與驗電筆桿(3)上端連接，驗電筆桿(3)下端固定在支架(4)的一端，就地采樣顯示模塊(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；高壓電場傳感器(2)將電場交流信號通過屏蔽導線送入就地采樣顯示模塊(5)后，被放大、濾波、比較后，將直流信號通過屏蔽導線送入遠程控制模塊(12)，由遠程控制模塊(12)進行數據分析處理后輸出對應的無源接點狀態到綜合自動化系統或遠動裝置，或通過RS485將數據送往通訊顯示管理模塊。
2. 根據權利要求1所述的非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征在于所述高壓電場傳 感器(2)包括電容式傳感器(7)、接線端子(6)、底座(8)和防雨帽(9);電容式傳感器(7) 與接線端子(6)連接后置于防雨帽(9)內，防雨帽(9)與底座(8)密封連接；高壓電場信號 通過接線端子(6)和屏蔽導線將交流場信號引入到就地采樣顯示模塊(5)。
3. 根據權利要求2所述的非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征在于所述電容式傳感 器(7)由兩片金屬片組成。
4. 根據權利要求1或2所述的非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征是就地采樣顯示 模塊(5)，其電路組成包括抗雷電路、信號跟隨、濾波、倍壓整流、減法、放大、滯后比較電路 和饋線狀態指示電路；其中1) 抗雷電路組成是設有自恢復保險ZE1、 ZE2、抗雷管TED1和瞬態抑制二極管TVS1， 自恢復保險ZE1-1與端子(Jl-1)相接，自恢復保險ZE1-2與抗雷管TED1的一端和瞬態抑 制二極管TVS1的一端相接，自恢復保險ZE2-1與端子(Jl-2)相接，自恢復保險ZE2-2與抗 雷管TED1和瞬態抑制二極管TVS1的另一端接地；2) 信號跟隨電路組成是設有運算放大器IC1、電阻Rl、 R2、 R3、電容Cl、 C2和電位計 Wl，電位計Wl —端接電源，另一端與電阻Rl組成偏置電路；電容Cl隔離直流串擾信號，電 容C2為去偶電容，調節電位計Wl為輸入信號提高合適的偏置電壓，運算放大器IC1-4接 地，運算放大器ICl-7接電源；3) 濾波電路組成是設有運算放大器IC2、電容C4和電阻R4、R5及電位計W2，是一階巴 特沃思低通濾波電路，電阻R5的一端接地，另一端和電位計W2-l、2端和運算放大器IC2-2 接，電位計W2-3接運算放大器IC2-6，電阻R4的一端與電容C4的一端及運算放大器IC2-3 接，電容C4的另一端與運算放大器IC2-4接地，運算放大器IC2-7接電源；4) 倍壓整流電路組成是設有電容C7、 C8和整流二極管Dl、 D2，電容C7的正端、整流 二極管D1的正端、整流二極管D2的負端相接，整流二極管D2的正端和電容C8的正端接， 電容C8的負端和整流二極管Dl的負端接地；5) 減法電路組成是設有運算放大器IC3、電阻R6、 R7、 R8、 R9、 R10和電位計W3，電阻 R6的一端接電源，另一端與電位計W3-3接，電位計W3-l接地，電位計W3-2與電阻R7的一 端接，電阻R7的另一端與電阻R10和運算放大器IC3-2接，電阻R10的另一端與運算放大 器IC3-6接，電阻R8、R9的一端與運算放大器IC3-3接，電阻R9的另一端與地接，運算放大 器IC3-4接地，運算放大器IC3-7接電源；6) 放大電路組成是設有運算放大器IC 4和電阻R11、R12及電位計W4組成信號放大 電路，電阻R12的一端接地，另一端與電位計W4-l共接運算放大器IC4-2，電位計W4-2、3與運算放大器IC4-6接，電阻Rll的一端接運算放大器IC4-3，運算放大器IC4-4接地，運算放 大器IC4-7接電源；7) 施密特觸發電路組成是運算放大器IC5、電容C11和電阻R13組成滯后比較電路， 運算放大器IC5的閾值為4V和8V ;電容Cll的一端接地，另一端與運算放大器IC5-5接， 運算放大器IC5-2、6短接，運算放大器IC5-3與電阻R13的一端接，運算放大器IC5_4、8接 電源，運算放大器IC5-1接地；8) 饋線狀態指示電路組成是場效應管Q1和繼電器JDQ1，當運算放大器IC4輸出電壓 >8V時運算放大器IC5輸出為低電平，此時場效應管Q1截止，輸出為高，繼電器JDQ1的線 圈等電位，繼電器不工作，繼電器JDQl-3保持12V電壓，紅燈亮表示有電，反之綠燈亮表示 無電。
5. 根據權利要求1或2所述的非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征在于遠程控制模 塊(12)的電路組成有輸入光電隔離電路、中央處理單元、狀態顯示電路和輸出電路；其中1) 光電隔離電路光隔U1 U8，電容C1 C16，電阻R17 R32組成了 8路光電隔離 輸入電路，其中電容C1的正端接光隔U1-1，電阻R17的一端接光隔U1-2，電容C1的負端和 電阻R17的另一端接外5V地WGND，光隔Ul-5接5V電源VCC，光隔Ul-4接電容C2的正端 和電阻R18的一端及狀態顯示電路的光隔U9-4、7端，電容C2的負端和電阻R18的另一端 接5V地GND，其它各路類似；2) 中央處理單元采集和處理并存儲從光電隔離電路來的各路饋線的帶電狀態信號， 該信號最大為8路，從P1 口輸入數據并處理后，分別從通訊口和PO 口輸出；3) 狀態顯示電路由比較器U9 U12，電阻R1 R16，發光管D1 D16組成通訊模塊 饋線顯示電路，通過光隔Ul_4 U8-4輸出的信號分別進入比較器U9 U12的4、7、11、8 端與從比較器U9 U12的5、6、9、10端輸入的標準電壓進行比較，當信號電壓^標準電壓 時點亮對應的有電指示燈，反之點亮無電的指示燈。
6. 根據權利要求1或2所述的非接觸式高壓驗電防護裝置，其特征在于所述的高壓 電場傳感器(2)與10KV、20 35KV、60 220KV高壓饋線(1)間的距離H分別可控制在 300 600mm、800 1200mm、1600 2000mm之間。
專利摘要一種非接觸式高壓驗電防護裝置，包括高壓電場傳感器、就地采樣顯示模塊、遠程控制模塊等，高壓電場傳感器將電場交流信號通過屏蔽導線送入就地采樣顯示模塊后，被放大、濾波、變換成直流信號送入遠程控制模塊，由遠程控制模塊進行數據分析處理后輸出對應的無源接點狀態到綜合自動化系統或遠動裝置，或通過RS485將數據送往通訊顯示管理模塊。該裝置實現了無人值守自動檢測過程，能準確的獲取導線的帶電狀態，使驗電過程安全、快捷、準確，為現場維修人員爭得了更多的維修時間，也提高了日常維護的自動化程度。同時該裝置能對相鄰電場的電磁干擾能進行剔除，是一種具有很高的抗干擾能力和兼容性強的高壓智能驗電防護裝置。
文檔編號H02J13/00GK201478877SQ20092014388
公開日2010年5月19日 申請日期2009年4月14日 優先權日2009年4月14日
發明者盧麗君, 孫永剛, 張小鵬, 朱廣發, 王俊奇, 銀振剛 申請人:蘭州銀利電器設備有限責任公司