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[摘 要]现阶段我们明确针对生产工作中高压带电显示器缺陷多发、缺少有效校验工具的实际难题， 来探究高压带电显示器的装置的应用中相关问题和缺陷，在此基础上进一步研究了高压带电显示器的工作原理，并且提出了相应装置的改造设想，为以后相关研究奠定技术基础。
[关键词]高压带电显示器； 校验装置；
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）46-0085-02
1 背景介绍
目前，厂家对高压带电显示器的出厂检验是通过构建一个仿真的现场环境，通过模拟现场设备带电方式检验产品。具体步骤为： （1） 模拟变电站现场构建一个相应电压等级的进线或者出线间隔； （2）安装带电显示器（包括传感器及其信号电缆输入接线等） 到相应位置； （3） 通过调压装置和升压变压器（高压发生器） 输出相应电压等级高电压； （4） 校验高压带电显示器，并调整高压带电显示器灵敏度到最合适的位置，保证线路带电时高压带电显示器显示带电并可靠闭锁、线路无电时高压带电显示器显示无电并开放闭锁。该方法试验设备笨重、试验接线复杂，操作时需要特别注意高电压危险，显然无法满足变电站现场实际校验工作需要。
2 装置原理
2.1 可行性分析
从原理分析，灵敏度整定完成后，高壓带电显示器在实际运行中，判断高压线带电与否是根据三相感应探头（传感器） 输入到控制单元的毫伏级电压小信号的大小来确定。因此，可以制作一个毫伏级电压小信号输出装置，通过改变输入到控制单元的毫伏级电压小信号的大小，来实现模拟线路带电和停电两种情况。我公司各变电站110 千伏高压带电显示器均为GSW 型，传感器单元（三相感应探头） 输出的信号性质和范围统一。通过实地测量，线路停电时传感器输出范围为0 ～ 3mV，线路带电时输出范围为8 ～ 10mV。为实际模拟110 千伏高压带电显示器运行环境，设定校验装置的输出电压信号范围为0 ～10mV，并考虑一定精度和分辨率，设定精度为1 级、最大误差为0.1mV。在技术上这两个指标可以实现。
2.2 装置设计制作
我们设计了GSW 型高压带电显示器校验装置和面板图，并编写相关程序，委托第三方厂家加工制作了装置。具体介绍如下： 三相信号源部分由32 位单片机产生三路SPWM 调制波[6 - 8]，经滤波电路、精密运放组成的信号放大电路、多圈电位器组成的调节电路，输出频率50Hz、0 ～ 5V/相的三相信号电压，0～5V 信号一路经分压电路、输出切换电路切换，分别可输出0 ～ 10mV 或0 ～ 100mV/相的毫伏信号，经隔直电容至信号输出插座。输出端串联隔直电容用于保护三相信号源，防止高压带电显示器反馈的数伏直流电对三相信号源造成影响，同时隔直电容不影响三相正弦波交流电压小信号的输出。输出端并联的100kΩ 电阻为带电显示器的假负载，避免校验工作过程中解除传感器输入信号电缆接线后高压带电显示器显示异常，从而可以用三相信号源完全代替传感器。信号输出插座和接线采用带屏蔽线的视屏插座和三相导线，可以完全替代传感器信号电缆的功能，满足专用接线要求。至此，该装置各项技术指标均符合GSW 型高压带电显示器校验需要。
三相信号测量部分采用三块相同的单相测量电路。三相信号源输出的0 ～ 5V 信号另一路经量程切换电路、24 位精密AD 直接采样至16 位单片机，经单片机计算输出至4 位笔段液晶显示器。12. 6V 锂离子电池提供机内电源，电池一路经DC-DC 隔离变换，输出± 12V 电源，供三相信号源放大电路工作。电池另一路经DC-DC 隔离变换，输出± 12V 电压，供三路信号测量电路工作。三相信号源和测量电路采用独立的隔离电源供电，以减小二者之间的相互干扰。
3 装置现场应用
用高精度电压表测量校验装置的输出范围，0～10mV 档实际输出范围为0～12.2mV，并将校验装置送浙江省电力公司电力科学研究院进行精度测试，测试结论为装置达到0. 5 级精度，基本误差为-0.4%，折算至绝对误差为10 × 0.4% = 0.04mV。
综上所述，该装置完全满足设计要求的指标。完成高压带电显示器灵敏度校验装置研制后，我们根据实测线路停电时传感器输出数值（ 0～3mV） 和带电时的传感器输出数值（ 8 ～ 10mV） ，考虑一定裕度，取两个范围之间的适当数字值作为110 千伏高压带电显示器灵敏度动作阀值。经公司审核，将动作阀值标准整定为5mV。此时，能保证在线路停电时的可靠系数K>5 /3 = 1.67，线路带电时可靠系数K>8 /5 = 1.6。
4 结束语
本次GSW 型高压带电显示器校验装置的研制，成功解决了基建验收和缺陷处理时由于缺少有效工具，导致高压带电显示器灵敏度无法精确调整，造成相关缺陷多发，处理困难、耗时耗力的问题。具体如下：
（1） 保证基建验收及检修质量，大幅减少缺陷发生。在基建验收及检修过程中，使用新研制的灵敏度校验装置将高压带电显示器灵敏度调节到合适程度，确保了设备投产及消缺后不会因运行环境的变化而产生新缺陷。
（2） 快速确定故障部位，节省消缺时间。借助新研制的灵敏度校验装置，可以快速确定GSW 型高压带电显示器电脑板是否故障，缩小故障单元排查范围，快速确定缺陷原因。
（3） 提高了一次消缺成功率，由于总计90.9%缺陷的消除均需对灵敏度进行调节，使用新装置后，大大提高了检修一次消缺成功率。目前，已经应用本校验装置处理相关缺陷6起，一次消缺成功率为100%。
（4） 提高经济效益，本校验装置的成功研制和应用，大大降低了因灵敏度问题导致的高压带电显示器缺陷，同时停电处理时间也大大减少。以保守估计每年发生6 次缺陷，每次处理时间3小时计算，可缩短停电时间18小时，折算成普通110千伏变压器停电期间损失的电量理论上为50兆瓦×18小时= 90 万度，换算成当前居民用电平均电价，每年经济效益约为48万元。 可见，使用GSW 型高压带电显示器校验装置后，通过改变校验装置输入到控制单元的电压信号范围，能够模拟线路带电和停电的情况，从而彻底解决了基建验收和缺陷处理时由于高压带电显示器灵敏度无法精确校验调整，导致相关缺陷多发、缺陷处理困难的问题。此外，通过该校验装置，可快速确定故障部位，节省缺陷处理的时间，提高了一次消缺成功率，减少了检修工作量，同时装置的应用也提高了公司的经济效益。
本校验装置通过对比现有校验方法和信号发生器的不足，并针对GSW 型高压带电显示器的特点研制出了专门的GSW 型高压带电显示器校验装置。和现有校验方法相比，创新性的提出了通过直接输入毫伏级电压小信号到控制单元并改变其大小来取代传感器感应输出的信号，从而可以实现模拟线路带电和停电两种情況校验高压带电显示器。和普通信号发生器相比，由于其输出信号单一、精度高、量程确定，有效降低了成本，且输出端经过专门改造，各项技术指标均符合GSW 型高压带电显示器校验需要，特别适用于GSW 型高压带电显示器的校验。该装置的成功研制和应用在实际生产过程中起到了良好的效果，解决了变电站现场GSW 型高压带电显示器校验的难题，具有优越的推广和使用价值，值得进一步推广使用。
参考文献
[1] 黄新波，王东生，刘巍. 高压带电数字显示闭锁装置设计[J].华东电力，2009，37（ 5） ： 791-794.
[2] 孙振权，顾红伟，李彦明. 高压带电显示及闭锁装置现状及发展前景[J]. 高压电器，2009，45（ 4） ： 115-1117，132.
[3] 王永，何凯，沈颂华. 数字式单相和三相基准正弦波信号发生器[J]. 电测与仪表，2003，40（ 10） ： 16-18，53.Wang Yong，He Kai，Shen Songhua. Digital single-phase and threephasereference sinewave signal generator[J]. Electrical Measurement& Instrumentation，2003，40（ 10） ： 16-18，53.
[4] 张凯琳，苏淑靖，刘利生，等. 基于FPGA 的DDS 多路信号源设计[J].电测与仪表，2011，48（ 3） ： 63-65，78.Zhang Kailin，Su Shujing，Liu Lisheng，et al. Design of Multi-channelDDS Signal Generator Based on FPGA[J]. Electrical Measurement& Instrumentation，2011，48（ 3） ： 63-65，78.
[5] 朱宏.典型电子产品-函数信号发生器的设计[M].北京：高等教育出版社，2012.
[6] 李宁. 基于MDK 的STM32 处理器开发应用[M].北京： 北京航空航天大学出版社，2008.
[7] 王永虹，许炜，郝立平. STM32 系列ARM Cortex-M3 微控制器原理与实践[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社，2008.
[8] 张凯，王祥. 基于STM32 的新型SPWM 逆变电源[J]. 电气自动化，2012，34（ 3） ： 52-54，81.
作者简介：李军，身份证证号：330102197010141218 .
[关键词]高压带电显示器； 校验装置；
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）46-0085-02
1 背景介绍
目前，厂家对高压带电显示器的出厂检验是通过构建一个仿真的现场环境，通过模拟现场设备带电方式检验产品。具体步骤为： （1） 模拟变电站现场构建一个相应电压等级的进线或者出线间隔； （2）安装带电显示器（包括传感器及其信号电缆输入接线等） 到相应位置； （3） 通过调压装置和升压变压器（高压发生器） 输出相应电压等级高电压； （4） 校验高压带电显示器，并调整高压带电显示器灵敏度到最合适的位置，保证线路带电时高压带电显示器显示带电并可靠闭锁、线路无电时高压带电显示器显示无电并开放闭锁。该方法试验设备笨重、试验接线复杂，操作时需要特别注意高电压危险，显然无法满足变电站现场实际校验工作需要。
2 装置原理
2.1 可行性分析
从原理分析，灵敏度整定完成后，高壓带电显示器在实际运行中，判断高压线带电与否是根据三相感应探头（传感器） 输入到控制单元的毫伏级电压小信号的大小来确定。因此，可以制作一个毫伏级电压小信号输出装置，通过改变输入到控制单元的毫伏级电压小信号的大小，来实现模拟线路带电和停电两种情况。我公司各变电站110 千伏高压带电显示器均为GSW 型，传感器单元（三相感应探头） 输出的信号性质和范围统一。通过实地测量，线路停电时传感器输出范围为0 ～ 3mV，线路带电时输出范围为8 ～ 10mV。为实际模拟110 千伏高压带电显示器运行环境，设定校验装置的输出电压信号范围为0 ～10mV，并考虑一定精度和分辨率，设定精度为1 级、最大误差为0.1mV。在技术上这两个指标可以实现。
2.2 装置设计制作
我们设计了GSW 型高压带电显示器校验装置和面板图，并编写相关程序，委托第三方厂家加工制作了装置。具体介绍如下： 三相信号源部分由32 位单片机产生三路SPWM 调制波[6 - 8]，经滤波电路、精密运放组成的信号放大电路、多圈电位器组成的调节电路，输出频率50Hz、0 ～ 5V/相的三相信号电压，0～5V 信号一路经分压电路、输出切换电路切换，分别可输出0 ～ 10mV 或0 ～ 100mV/相的毫伏信号，经隔直电容至信号输出插座。输出端串联隔直电容用于保护三相信号源，防止高压带电显示器反馈的数伏直流电对三相信号源造成影响，同时隔直电容不影响三相正弦波交流电压小信号的输出。输出端并联的100kΩ 电阻为带电显示器的假负载，避免校验工作过程中解除传感器输入信号电缆接线后高压带电显示器显示异常，从而可以用三相信号源完全代替传感器。信号输出插座和接线采用带屏蔽线的视屏插座和三相导线，可以完全替代传感器信号电缆的功能，满足专用接线要求。至此，该装置各项技术指标均符合GSW 型高压带电显示器校验需要。
三相信号测量部分采用三块相同的单相测量电路。三相信号源输出的0 ～ 5V 信号另一路经量程切换电路、24 位精密AD 直接采样至16 位单片机，经单片机计算输出至4 位笔段液晶显示器。12. 6V 锂离子电池提供机内电源，电池一路经DC-DC 隔离变换，输出± 12V 电源，供三相信号源放大电路工作。电池另一路经DC-DC 隔离变换，输出± 12V 电压，供三路信号测量电路工作。三相信号源和测量电路采用独立的隔离电源供电，以减小二者之间的相互干扰。
3 装置现场应用
用高精度电压表测量校验装置的输出范围，0～10mV 档实际输出范围为0～12.2mV，并将校验装置送浙江省电力公司电力科学研究院进行精度测试，测试结论为装置达到0. 5 级精度，基本误差为-0.4%，折算至绝对误差为10 × 0.4% = 0.04mV。
综上所述，该装置完全满足设计要求的指标。完成高压带电显示器灵敏度校验装置研制后，我们根据实测线路停电时传感器输出数值（ 0～3mV） 和带电时的传感器输出数值（ 8 ～ 10mV） ，考虑一定裕度，取两个范围之间的适当数字值作为110 千伏高压带电显示器灵敏度动作阀值。经公司审核，将动作阀值标准整定为5mV。此时，能保证在线路停电时的可靠系数K>5 /3 = 1.67，线路带电时可靠系数K>8 /5 = 1.6。
4 结束语
本次GSW 型高压带电显示器校验装置的研制，成功解决了基建验收和缺陷处理时由于缺少有效工具，导致高压带电显示器灵敏度无法精确调整，造成相关缺陷多发，处理困难、耗时耗力的问题。具体如下：
（1） 保证基建验收及检修质量，大幅减少缺陷发生。在基建验收及检修过程中，使用新研制的灵敏度校验装置将高压带电显示器灵敏度调节到合适程度，确保了设备投产及消缺后不会因运行环境的变化而产生新缺陷。
（2） 快速确定故障部位，节省消缺时间。借助新研制的灵敏度校验装置，可以快速确定GSW 型高压带电显示器电脑板是否故障，缩小故障单元排查范围，快速确定缺陷原因。
（3） 提高了一次消缺成功率，由于总计90.9%缺陷的消除均需对灵敏度进行调节，使用新装置后，大大提高了检修一次消缺成功率。目前，已经应用本校验装置处理相关缺陷6起，一次消缺成功率为100%。
（4） 提高经济效益，本校验装置的成功研制和应用，大大降低了因灵敏度问题导致的高压带电显示器缺陷，同时停电处理时间也大大减少。以保守估计每年发生6 次缺陷，每次处理时间3小时计算，可缩短停电时间18小时，折算成普通110千伏变压器停电期间损失的电量理论上为50兆瓦×18小时= 90 万度，换算成当前居民用电平均电价，每年经济效益约为48万元。 可见，使用GSW 型高压带电显示器校验装置后，通过改变校验装置输入到控制单元的电压信号范围，能够模拟线路带电和停电的情况，从而彻底解决了基建验收和缺陷处理时由于高压带电显示器灵敏度无法精确校验调整，导致相关缺陷多发、缺陷处理困难的问题。此外，通过该校验装置，可快速确定故障部位，节省缺陷处理的时间，提高了一次消缺成功率，减少了检修工作量，同时装置的应用也提高了公司的经济效益。
本校验装置通过对比现有校验方法和信号发生器的不足，并针对GSW 型高压带电显示器的特点研制出了专门的GSW 型高压带电显示器校验装置。和现有校验方法相比，创新性的提出了通过直接输入毫伏级电压小信号到控制单元并改变其大小来取代传感器感应输出的信号，从而可以实现模拟线路带电和停电两种情況校验高压带电显示器。和普通信号发生器相比，由于其输出信号单一、精度高、量程确定，有效降低了成本，且输出端经过专门改造，各项技术指标均符合GSW 型高压带电显示器校验需要，特别适用于GSW 型高压带电显示器的校验。该装置的成功研制和应用在实际生产过程中起到了良好的效果，解决了变电站现场GSW 型高压带电显示器校验的难题，具有优越的推广和使用价值，值得进一步推广使用。
参考文献
[1] 黄新波，王东生，刘巍. 高压带电数字显示闭锁装置设计[J].华东电力，2009，37（ 5） ： 791-794.
[2] 孙振权，顾红伟，李彦明. 高压带电显示及闭锁装置现状及发展前景[J]. 高压电器，2009，45（ 4） ： 115-1117，132.
[3] 王永，何凯，沈颂华. 数字式单相和三相基准正弦波信号发生器[J]. 电测与仪表，2003，40（ 10） ： 16-18，53.Wang Yong，He Kai，Shen Songhua. Digital single-phase and threephasereference sinewave signal generator[J]. Electrical Measurement& Instrumentation，2003，40（ 10） ： 16-18，53.
[4] 张凯琳，苏淑靖，刘利生，等. 基于FPGA 的DDS 多路信号源设计[J].电测与仪表，2011，48（ 3） ： 63-65，78.Zhang Kailin，Su Shujing，Liu Lisheng，et al. Design of Multi-channelDDS Signal Generator Based on FPGA[J]. Electrical Measurement& Instrumentation，2011，48（ 3） ： 63-65，78.
[5] 朱宏.典型电子产品-函数信号发生器的设计[M].北京：高等教育出版社，2012.
[6] 李宁. 基于MDK 的STM32 处理器开发应用[M].北京： 北京航空航天大学出版社，2008.
[7] 王永虹，许炜，郝立平. STM32 系列ARM Cortex-M3 微控制器原理与实践[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社，2008.
[8] 张凯，王祥. 基于STM32 的新型SPWM 逆变电源[J]. 电气自动化，2012，34（ 3） ： 52-54，81.
作者简介：李军，身份证证号：330102197010141218 .