具有帶電報警功能的專(zhuān)用放電棒的研制

摘要：變電所電容器在日常維修、搶修、預試等工作前，必須對每個(gè)電容器短接并接地，進(jìn)行長(cháng)時(shí)間多次放電，但目前普通的放電棒不能滿(mǎn)足以上條件，同時(shí)，對電纜及電容器放電是否完成并沒(méi)有明確的指示。本文研制一個(gè)電容器專(zhuān)用放電棒，在對電容器進(jìn)行放電的同時(shí)，能夠即時(shí)反映電纜及電容器帶電情況。

引言

　　在變電所內電容器的日常維修、搶修、預試等工作中，工作前必須對電容器組及單個(gè)電容器進(jìn)行放電，因為《安規》上有明確規定：電纜及電容器接地前應逐相充分放電，星形接線(xiàn)電容器的中性點(diǎn)應接地、串聯(lián)電容器及與整組電容器脫離的電容器應逐個(gè)多次放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應放電;同時(shí)電力電纜等設備在電力生產(chǎn)中的應用越來(lái)越廣泛，電力電纜的日常維修、搶修、預試等工作中，工作前必須對其進(jìn)行充分放電。但是放電的過(guò)程中，殘余電荷產(chǎn)生的電壓是否在安全電壓之下、是否已經(jīng)充分放電，卻沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的驗電裝置，對電纜及電容器放電是否完成沒(méi)有明確的指示。

1 整體概述

　　電容器帶電報警放電棒的實(shí)際應用示意圖，如圖1所示。對電容器的放電，必須同時(shí)由兩根放電棒完成，高壓電容器兩端的電壓經(jīng)地線(xiàn)回路和兩個(gè)限流電阻短接，電容上的剩余電荷逐步泄放為“0”，放電過(guò)程中，放電棒高壓端的2kΩ取樣電阻上流過(guò)電流，產(chǎn)生電壓信號，由驗電盒對電壓進(jìn)行采樣、判斷和處理。

2 硬件電路設計

　　驗電盒是具有帶電報警功能的電容器專(zhuān)用放電棒的核心部件，直接用于對電容器或電纜殘余電荷的檢測。

2.1 驗電盒原理框圖

　　驗電盒原理框圖如圖2所示，高壓端信號經(jīng)過(guò)直流偏置，進(jìn)入主控制器，內部電池用于直流偏置盒主控制器供電，為了提高測量的準確度和控制的靈活性，設計并沒(méi)有采取常規的“分立元件+邏輯芯片”的電路方式，而是選用小規?？刂破?，控制器內部的A/D轉換器對高壓信號進(jìn)行精確的測量，同時(shí)引腳直接驅動(dòng)指示燈和蜂鳴器提示工作人員，裝置且具有自檢功能。

2.2 驗電盒電路設計

　　驗電盒中控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的ATMEGA16L，具有8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC，用于將電容器或電纜兩端的高壓端信號進(jìn)行模數轉換。

　　輸入的交直流電壓信號，既有正電壓，又有負電壓，控制器的ADC輸入只能允許正電壓。因此，電路通過(guò)電阻R8給輸入信號提供直流偏置，同時(shí)，二極管D1鉗位輸入信號的幅值，避免超范圍的輸入信號損壞單片機的ADC通道。這樣，輸入的交直流信號，通過(guò)單片機的模數轉換，可以計算獲得實(shí)際高壓端的電壓值，從而根據電壓的大小，給予不同程序的告警。其電路圖如圖3所示。

　　由于驗電盒的體積較小，只能放入很小的電池，因此，電路的低功耗要求也很高。常規的分立元件電路耦電很小，只有μA級別，所以可以長(cháng)期無(wú)開(kāi)關(guān)工作。這里控制器的功耗正常時(shí)，可達mA級別，本文為了能提高驗電器的電池續航能力，設計中采取了兩個(gè)措施，一個(gè)是增加電源開(kāi)關(guān)，不用時(shí)，主動(dòng)切斷電源節約電池能耗;另一個(gè)是使控制器ATMEGA16L在外接無(wú)電壓時(shí)，進(jìn)入低功耗模式，這時(shí)的電源電流也可以減小至μA級別。內部的供電電池為4.5V，而控制器ATMEGA16L的工作電壓范圍是2.7V-5.5V，電池電壓很低仍能正常工作，還可以通過(guò)控制器ATMEGA16L的模數轉換器，測量電池的電壓值，并給予電量提示。

2.3 驗電盒面板設計

　　驗電盒面板由指示燈、按鍵、蜂鳴孔和開(kāi)關(guān)組成，如圖4所示。指示燈分為高壓指示和電量指示，當采樣到有高壓時(shí)，高壓指示燈閃爍，電壓越高，閃爍越快，達到額定測量的10kV時(shí)，指示燈常亮;電量指示分為3檔，當按下自檢鍵時(shí)，電量大于80%全亮;電量大于50%兩個(gè)亮;電量大于20%一個(gè)亮;如果一個(gè)燈都不亮，表示電量太低，不能進(jìn)行驗電操作。電源開(kāi)關(guān)的作用是斷開(kāi)驗電盒的供電，起到節約電量的功能。