中心議題：

• 非接觸式高壓驗(yàn)電器的工作原理
• 非接觸式高壓驗(yàn)電器的改進(jìn)方法

解決方案：

• 電源的改進(jìn)
• 傳感器的改進(jìn)
• 電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
• 送往計(jì)算機(jī)信號(hào)的改進(jìn)

安全是生產(chǎn)過程中的重中之重，對(duì)于危險(xiǎn)性的作業(yè)尤其重要，在高壓線路停電檢修時(shí)必須遵循停電、驗(yàn)電、掛地再開始操作的規(guī)定。驗(yàn)電操作必須通過驗(yàn)電器來完成。驗(yàn)電器是用來檢測(cè)電力設(shè)備上是否存在電壓的常用電力安全工具之一，通過驗(yàn)電器明確驗(yàn)證停電設(shè)備是否確無電壓，再進(jìn)行其他操作，以防止出現(xiàn)帶電裝接地線（合接地刀閘)、誤碰有電設(shè)備等惡性事故的發(fā)生。因此，在電力行業(yè)中驗(yàn)電器的作用不可忽視。

工程背景

非接觸式驗(yàn)電器不直接與高壓線接觸，利用高壓線附近的電場(chǎng)來檢測(cè)高壓線路是否帶電，通過指示燈發(fā)出有電或無電信息，同時(shí)還可以給監(jiān)控設(shè)備發(fā)送有電或無電的監(jiān)控信息。本裝置固定安裝在室外某段高壓線的電線桿上，它采用交流或直流電源對(duì)整個(gè)設(shè)備供電，免去了更換電池的煩惱，因此它既可以用于檢測(cè)高壓線是否帶電，也可以用于長(zhǎng)期監(jiān)視高壓線工作。本裝置外部安裝了防水盒，完全可以滿足室外工作的要求。

本次開發(fā)的驗(yàn)電器主要用于鐵路中高壓輸電線路的監(jiān)測(cè)工作，其設(shè)計(jì)要求是監(jiān)測(cè)鐵路中27.5kV電壓線路的運(yùn)行情況。

非接觸式高壓驗(yàn)電器存在的不足

前文中所指驗(yàn)電器已經(jīng)投入市場(chǎng)，雖其運(yùn)行情況一直良好，但因驗(yàn)電器自身原因，其性能和功能方面還不完善。根據(jù)客戶返回意見和實(shí)地調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器主要存在以下不足。
●傳感器信號(hào)的讀取不穩(wěn)定，下雨天信號(hào)弱，晴天信號(hào)強(qiáng)，不利于驗(yàn)電器正常工作；
●驗(yàn)電器無自帶電源，使其只能安裝在有市電電源附近；
●驗(yàn)電器可靠性和穩(wěn)定性有待提高；
●驗(yàn)電器往計(jì)算機(jī)送信號(hào)時(shí)信號(hào)不穩(wěn)定。

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擺脫使用場(chǎng)地的束縛，有必要對(duì)驗(yàn)電器的電源、傳感器和電路等結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，完善其性能。
非接觸式高壓驗(yàn)電器的改進(jìn)

1電源的改進(jìn)

高壓線和220V市電是分開架設(shè)的，高壓線一般架設(shè)在空曠或居民較少的地方，而220V市電一般架設(shè)在城鎮(zhèn)或有村莊的地方，只有在特殊的地方才會(huì)同時(shí)架設(shè)高壓線和市電電線，而前文中驗(yàn)電器電源采用市電220V交流或110V直流供電，使得驗(yàn)電器的使用場(chǎng)地受到限制，大大降低了其市場(chǎng)價(jià)值。為了擺脫使用場(chǎng)地的束縛，本文對(duì)驗(yàn)電器電源進(jìn)行了改進(jìn)，采用太陽能電池組和蓄電池組合為驗(yàn)電器供電。

太陽能電池為上海交大泰陽綠色能源有限公司生產(chǎn)的TSM-10M電池組，蓄電池為南京海格科技有限公司生產(chǎn)的GHB-6FMO.8蓄電池，該電池能提供12V直流工作電壓。將太陽能電池組與蓄電池組合起來作為整個(gè)設(shè)備電源，晴天陽光充足時(shí)太陽能電池工作，為整個(gè)電路和蓄電池提供12V直流工作電壓，蓄電池充電，晚上或陽光較少時(shí)由蓄電池為整個(gè)電路供電。改進(jìn)后的驗(yàn)電器不需要220V市電電源供電，可以要安裝在任意高壓線處。

2傳感器的改進(jìn)

傳感器用于讀取電場(chǎng)信號(hào)，是整個(gè)設(shè)備的信號(hào)源。前文中傳感器在雨天信號(hào)弱，其原因在于雨水，本文將傳感器外殼進(jìn)行改進(jìn)，采用半球形光滑外殼，其剖面圖如圖1所示。圖中上半部分為半球形頂蓋，外表光滑，易于雨水滑落。下半部分為底座，底座中間有一直徑為1cm的通孔，傳感器信號(hào)線從中引出。通孔兩側(cè)各有一個(gè)直徑為5mm暗孔，用于固定傳感器。頂蓋與底座扣合后即可很好地保護(hù)傳感器，同時(shí)雨水可以從頂蓋滑落，不會(huì)在頂部形成水膜，從而影響傳感器信號(hào)。
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另外，從傳感器中引出兩條地線，一條用于信號(hào)地線，另外一條作為電路中指示燈和控制傳送計(jì)算機(jī)信號(hào)的繼電器的地線。此地線用來探測(cè)信號(hào)線是否完好。若信號(hào)線斷開，則此線亦斷開，那么指示燈無地線，不能發(fā)光，計(jì)算機(jī)傳送信號(hào)線也斷開，即有電和無電指示燈均熄滅，傳送電腦的有電和無電信號(hào)也同時(shí)斷掉，不會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，提高了系統(tǒng)的可靠性，避免信號(hào)線斷開時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤的無電信號(hào)，造成事故。


圖1傳感器外殼

3電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)也是為了提高系統(tǒng)的可靠性，避免發(fā)錯(cuò)錯(cuò)誤信號(hào)。前文中采用了一路信號(hào)處理電路工作，倘若該電路長(zhǎng)時(shí)間工作因?yàn)樵匣仍虺霈F(xiàn)故障，發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，尤其是把有電信號(hào)錯(cuò)誤地發(fā)送為無電信號(hào)則會(huì)釀成不可估量的后果。因此，本文將信號(hào)處理電路改為雙路交叉運(yùn)行。兩路信號(hào)處理電路完全一致，在最后發(fā)送信號(hào)到指示燈和計(jì)算機(jī)前進(jìn)行交叉校驗(yàn)，即只有兩路信號(hào)同時(shí)發(fā)出有電（無電）時(shí)才能把有電（無電）信號(hào)發(fā)送到指示燈和計(jì)算機(jī)，若兩路最后發(fā)出的信號(hào)不一致，則最終信號(hào)會(huì)被截止掉，無法發(fā)送到指示燈和計(jì)算機(jī)，此時(shí)即可判斷驗(yàn)電器出故障，提高警惕，采取相應(yīng)措施，避免事故的發(fā)生。



圖2信號(hào)傳送

4送往計(jì)算機(jī)信號(hào)的改進(jìn)

前文中信號(hào)是通過驗(yàn)電器裝置發(fā)送到計(jì)算機(jī)，此時(shí)就遇到一個(gè)共地線問題，要讓計(jì)算機(jī)正確地識(shí)別驗(yàn)電器傳送過來的信號(hào)就必須使計(jì)算機(jī)和驗(yàn)電器共一個(gè)地線，否則，會(huì)因傳送線路過長(zhǎng)不共地線而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)識(shí)別信號(hào)出錯(cuò)。本文改變信號(hào)傳送方式，如圖2所示，由計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)，驗(yàn)電器內(nèi)部通過繼電器開關(guān)來控制有電或無電線路的導(dǎo)通或斷開，計(jì)算機(jī)接收由自己發(fā)送的經(jīng)過繼電器開關(guān)送來的兩路信號(hào)，若有電線路送來高電平信號(hào)，則無電線路送來低電平，此時(shí)高壓線有電；若無電線路送來高電平信號(hào)，則有電線路送來低電平，高壓線無電，若兩路線路都送來高電平信號(hào)或低電平信號(hào)則電路出錯(cuò)。

改進(jìn)后的驗(yàn)電器裝置其信號(hào)的穩(wěn)定性較之改進(jìn)之前有了很大的提高，信號(hào)波動(dòng)幅度明顯減小。另外，雙路交叉電路的使用是驗(yàn)電器系統(tǒng)可靠性得到較大的提高。最后，太陽能電池引入使得驗(yàn)電器不再需要220V市電供電，讓驗(yàn)電器徹底擺脫了使用場(chǎng)地的束縛，提高了其市場(chǎng)價(jià)值。