具有帶電報警功能的專用放電棒的研制

摘要：變電所電容器在日常維修、搶修、預試等工作前，必須對每個電容器短接并接地，進行長時間多次放電，但目前普通的放電棒不能滿足以上條件，同時，對電纜及電容器放電是否完成并沒有明確的指示。本文研制一個電容器專用放電棒，在對電容器進行放電的同時，能夠即時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電容器進行放電，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，星形接線電容器的中性點應接地、串聯電容器及與整組電容器脫離的電容器應逐個多次放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應放電;同時電力電纜等設備在電力生產中的應用越來越廣泛，電力電纜的日常維修、搶修、預試等工作中，工作前必須對其進行充分放電。但是放電的過程中，殘余電荷產生的電壓是否在安全電壓之下、是否已經充分放電，卻沒有專門的驗電裝置，對電纜及電容器放電是否完成沒有明確的指示。

1 整體概述

　　電容器帶電報警放電棒的實際應用示意圖，如圖1所示。對電容器的放電，必須同時由兩根放電棒完成，高壓電容器兩端的電壓經地線回路和兩個限流電阻短接，電容上的剩余電荷逐步泄放為“0”，放電過程中，放電棒高壓端的2kΩ取樣電阻上流過電流，產生電壓信號，由驗電盒對電壓進行采樣、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，高壓端信號經過直流偏置，進入主控制器，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，而是選用小規模控制器，控制器內部的A/D轉換器對高壓信號進行精確的測量，同時引腳直接驅動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，電路通過電阻R8給輸入信號提供直流偏置，同時，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，通過單片機的模數轉換，可以計算獲得實際高壓端的電壓值，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，所以可以長期無開關工作。這里控制器的功耗正常時，可達mA級別，本文為了能提高驗電器的電池續航能力，設計中采取了兩個措施，一個是增加電源開關，不用時，主動切斷電源節約電池能耗;另一個是使控制器ATMEGA16L在外接無電壓時，進入低功耗模式，這時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、蜂鳴孔和開關組成，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，高壓指示燈閃爍，電壓越高，閃爍越快，達到額定測量的10kV時，指示燈常亮;電量指示分為3檔，當按下自檢鍵時，電量大于80%全亮;電量大于50%兩個亮;電量大于20%一個亮;如果一個燈都不亮，表示電量太低，不能進行驗電操作。電源開關的作用是斷開驗電盒的供電，起到節約電量的功能。