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高电压专业技术论文篇一

频率振荡技术替补高电压试验的探索设计

【摘要】电压频率是完全不同的两个概念，但在电器设备检测试验中能够互换应用吗?尤其在强电试验受阻时，能够用弱电技术替补吗?它们之间的理论关系是什么?怎样才能跨越?本文将以高压验电器为例，进行相关讨论分析，并经数学推导，找到转换依据，再以此为指导，开展高压信号发生器的设计研制工作。

【关键词】高压试验;比例关系;频率振荡;电路设计

1.试验受阻

根据电力安全规程，所有输电线路和电气设备停电检修前，必须进行验电测试，而实施检测的高压验电器，使用前又必须先在同级带电体上作预试，确认正常后，方可转到停电体上作检测，以判断是否还有危险电量存在。

但是，当前端线路检修或突然故障，使后续电路无高电压做试验，给验电器的预试工作造成阻碍，甚至无法进行，那么应该怎么处理呢?

针对上述问题，我们从电压、频率两个电气参数的相互关系入手，进行分析推导，找到了强弱电转换的理论依据，从而利用电子振荡技术开展了10～500KV高压验电器试验仪的设计研制，用以替补高压失电的检测试验工作。

2.压频转换原理探索

2.1 高压验电器工作原理

高压验电器使用中，是由电气工人手持验电器绝缘手柄，使前端金属头接触带电体，看能否发出声光信号进行判断。能发声光，证明高压验电器正常，方可转到停电体上做试验，否则，说明高压验电器存在问题，不可再用。由于金属头是单极接触带电体，故该试验借用了人体—大地—电场感应成回路的测试原理。

再者，能否发出声光信号又有量值问题。高压验电器内部设有降压电阻等参数，与人体对地电容形成阻抗。在触发电流间有如下关系：

?=?/Ζ

注：?：高压验电器触发电流;?：系统电压;Ζ：验电器综合阻抗

由于系统电压为50Hz频率，同等级电压下电阻配置已固定，人体对地电容Cr也基本不变，所以，此时触发电流主要取决于被试体电压值的大小。按照规程规定，当残余电压达到被试电压的15-40%时，高压验电器应发出声光信号，表示该停电体带有不安全电量，不能立即进行检修工作;若未发出声光信号，方表明安全，才能开展相关工作。

2.2 频率电压转换推论

高压验电器预试工作是在高电压上完成的，但是，在高压失电及所有不能做预试工作的状态下，又该怎样测量验电器的好坏呢?

对上述问题，我们将对验电器内部结构和工作原理做进一步分析。先把前面启动电流计算式展开，其中因降压电阻选定，又是线性元件，对电路影响不大，故不多议。但对阻抗Z中的人体电容Cr的容抗却有必要着重分析和讨论。它们之间有如下关系：

XCr=1/jωCr

?=?/Ζ=?/XCr=jωCr=2jлfCr?

注：XCr：对地电容容抗;Cr：对地电容;J：正弦波直角坐标的虚数单位;ω：角频率;f：频率参数

从式中可以看到，2jл是常数，而在同一电场中，包括人体在内的对地电容Cr也将基本保持不变，由此，阻抗电流的大小便主要取决于电压值?和频率值f间的反比关系，即当频率升高时，电压可以降低，不断调整改变，则可将数十到几百千伏的高压电降到安全电压以内。这样，我们便把条件局限的系统高压试验，变为了方便灵活的频率调节试验。由此找到了用电子技术代替高电压做试验的理论依据。

2.3 报警值的确定

根据上面推论，我们可以按下式进一步求出各等级电压报警值Unb：

Unb=Un*(15～40%)

式中：Un：10、35、110、220、500(kV)

现以35kV为例：

U35=35×(15%～40%)=5.25～14(kV)

据前面启动电流?的计算式，推导出对应频率报警值为：

?35=jωCr=2jлfCr?35

在基波范围有：?=2jлCr*50*U35

=2jлCr*[50*(5.25～14)]

=2jлCr*[262.5～700](A)

在方括弧内，电压有多少，便与基波全数相乘，由此得到一个参考数据，因现场中已高压失电，只有电场感应电压，测试为1V左右，所以，启动电流?的数据在公式中2jлCr基本不变，则需要占同等地位的频率f值来填充，我们把它提出来，便是：

f35=[50*(5.25～14)]=262.5～700(kKHz)

但实际制作中，因高压验电器试验仪内部振荡、功放等需工作电压，外部试验还需触发电压等，为此，我们将其设计为10V。在前面高压失电已全额相乘的数据中，此处则应反运算而除以该部分电压值(亦乘以1/10)，所以有：

f35=[50*(5.25～14)]*1/10=26.25～70(kKHz)

再将U35扩展为各次电压Unb，则启动电流计算式被整理为：

?nb=2jлCr*[50*Unb*1/10]

同样，将上式方括弧中的电压报警值Unb相关的数据乘积转变为对应的频率fnb报警数据，写出表达式为：

fnb=Unb*50*1/10(kKHz)

后面，再按安全规程将10-500kV代入式中，计算出对应电压、频率的报警值。

3.电路设计

根据理论推导和相关数据，我们实施了电路设计，将分别介绍于后。

3.1 基本振荡器

以IC1六非门逻辑电路为中心，结合C1、R2、W1构成基本振荡器，改变阻容参数实现频率粗调，W1为多圈电位器，可以对频率进行线性细调，从几千到兆赫兹范围的变化，能满足10～500k各电压等级的频带触发要求。

3.2 带通滤波器 振荡器的输出信号经R3后，进入带通滤波器，带通滤波器由IC2集成运放MC1471及其C3、C4、R4-8组成，根据各电压等级15～40%的电压报警范围，所对应的频率形成一个频带，经阻容参数的设置，在这个带内的频率才能通过，高于、低于的频率都将被过滤掉。

仍以35kV为例，它的报警频带是26～ 70kHz，当R、C参数设定后，高于70kHz将被C2滤掉，低于26KHz则被C3阻拦，故只有26～70KHz的频率才能通过，由此对应的选频特性如图3所示。集成运放IC2形成有源控制，将使滤波效果更好、品质因数更高，稳定性更强。

3.3 功率放大器

由带通滤波器IC2第6脚输出的频率信号，经电位器W2做幅度选调后，又传送给IC3功率放大器CD4011，它也具备有源控制功能，，频率范围宽，稳定性强，功率提升量大，更能适应本高压信号发生器宽频变化范围下带负载能力的要求。

3.4 脉冲变压器

经功率放大后的信号，再传送给脉冲变压器B1，将频率信号再做比例放大，形成高频高压输出。

脉冲变压器的特点是铁芯采用适应高频变化的锰镍材料(非低频矽钢片)制成，同时，也具备变压器的基本特性：

U2=K1*U1

式中：K1——B1的变比;U1——B1原边电压;U2——B1副边电压

由上式可见，通过改变原、副边线圈匝数，即可灵活、有效地调整副边输出电压U2，达到各高压验电器能够触发的幅度要求。

3.5 输出触发器

在图1中，脉冲变压器副边上侧接金属杆内端，金属杆另一端(如箭头)伸出机壳外，做试验等待;变压器下端经人体电容Cr接地，再经电磁感应形成回路。当需要进行高压验电器检测时，按下开关K1，便送出原高电压经频率转换后的触发信号，对高压验电器进行相似试验。

4.结语

本文从分析、计算入手，论述了采用频率调整以替补高电压做验电器试验的可行性，寻找到了从弱电到强电大跨越的理论依据，并实施了高压验电器试验仪的设计等。故，从理论到实践，都具有先进性和完善性。现在，我们已经制作出了10～500KV系列产品，投入现场使用，反映良好。

参考文献

[1]盛守贫.关于对高压交流验电器检测工作原理的认识[J].华东电力，2007(7)：81-83.

[2]翟玉文，梁伟.二阶有源滤波[M].电子设计与实践，2005 (5)：14-16.

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