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摘要：验电笔是变电站常用安全工器具，主要作用是验明设备是否带电，保证人员装设接地线或合上接地刀闸的安全。常用500kV验电笔为可收缩式验电笔，但在实际使用中存在手持不方便、易误碰非接地带电间隔等诸多问题。本文基于常用验电笔绝缘材料及验电原理不变的前提下，设计出一种小车式、钓鱼竿式电动伸缩的半自动验电笔，极大的提升了验电效率，保障了验电安全性。
关键词：半自动化；500kV；验电笔
验电笔是变电站常用安全工器具，它的主要作用是验明设备是否带电，保证人员装设接地线或合上接地刀闸的安全性。常用500kV验电笔为可收缩式验电笔，分为绝缘杆与验电笔头两部分，使用时需展开绝缘杆使验电笔头接触待验电部位，若有声光报警，则设备有电；反之则无电。目前常用500kV验电笔存在如下问题：
1、长度不够。目前敞开式500kV设备高度一般为9米，而此种验电笔展开后全长为7.2米，使用时常需踮起脚才能够到验电部位；
2、材质较软，伸展验电时摆动幅度大，不易接触到验电部位；
3、重量大。验电笔重量约为3kg，验电时长时间手持比较累。
若验电时验电笔晃动破坏绝缘子，将可能造成短路故障引起500kV设备跳闸，导致大面积停电。因此，本文设计出一种新的500kV验电笔，保留验电部分，而对绝缘杆伸缩方式及尺寸进行重新设计，达到以下设计目标：
1、制作更长的绝缘杆，使验电部位能轻松接触到验电部位；
2、采用更省力的电动方式固定及伸缩绝缘杆。
1. 新型半自动化500kV验电笔的结构
新型验电笔根据齿轮与齿条传动的机械原理，配备一个蓄电池来提供动力，带动直流电动机转动，再通过减速机构传到最终的齿轮上面，齿轮带动齿条，而齿条则依附于验电杆之上，最终实现验电杆的升降。验电笔具有如下特点：
①整个装置能在水平面上自由移动；
②验电杆能自动或者半自动化的升降；
③能停在允许高度内的任意一位置。
1.1 移动底座
验电笔的底座框架如图1。所示整个装置要能够在水平面上自由移动，以确保验电杆能够在空中移动到任意想要测量的位置同时也要保证装置的稳定性，所以将该装置设计成小推车的结构形式。前轮为定向轮，方向向前；而后轮为万向轮，方向可以任意转动，即通过后轮来控制方向，实现装置车的位置变换。整个小车大致分为两层，下面放置蓄电池，上面放置电动机及减速箱装置，右侧两部分则分别为控制箱和验电杆放置位置。车轮包换锁死固定挡片。
图1 底座框架图
1.2 动力及传动部分
加装动力及传动部分的示意图如图2所示，由蓄电池、直流电机、减速箱及升降控制回路组成。
图2 动力系统示意图
①-减速箱；②-电动机；③-蓄电池
蓄电池选取的原则为满足动力要求即可，越小越好，本装置采取了2组12V的阀控式密封铅酸蓄电池，参数为10Ah2。同时为了方便蓄电池充电及更换因此给蓄电池底座安装四个轮子，可以使蓄电池与装置车脱离（接线仍然保持不变），只需定期充电或者更换蓄电池即可保证验电笔的持续工作。电机采用1000W的有刷直流电机，配以减速箱及电机正反转控制回路，通过电机正转或反转实现验电笔杆的升降。
电机正反转控制回路共有3个功能：升（电机正转）、降（电机反转）、急停，以按钮的形式至于小车的侧面面板上，实现了验电笔的自动伸缩要求。
1.3 验电笔绝缘杆
绝缘杆由6段伸缩杆组合而成，下部4段伸缩杆长度为2米，最上部一段一段为2.2米（预留0.2米作为齿轮传动点），最后一段固定于底座上无法移动，因此实际绝缘杆伸缩长度为2.2米至10米。每段绝缘杆均有细螺纹，通过齿轮传动上升或下降，如图3所示。段与段之间采取伸缩圆头螺钉连接。为保证移动可靠性，在绝缘杆外围设计有比绝缘杆外径大0.1米、高约2.4米并固定于底座的圆形通道。验电笔头采用常用的高压声光报警器，固定于最上部一段绝缘杆上。绝缘杆材料采用绝缘合格的玻璃钢环氧树脂。
图3 绝缘杆与齿轮传动螺纹
2.实用效果分析
本文通过现场实际使用来验证了该验电笔的实际效果，得出以下结论：
1）移动效果：该装置在水泥地面能可靠移动和固定，而在草地上移动效果稍差，但因重量不轻及固定功能，因此也能保证在草地上平稳固定的使用。
2）伸缩效果：能可靠的实现绝缘杆的伸缩功能及随时停止功能；伸缩到最大范围（10米）时顶端摆动幅度不超过0.7米，能准确触碰验电点。
3）验电时间：笔者使用新型验电笔与旧式验电笔分别在设备高度不同的2个变电站各2个停电间隔做3次验电操作，计算每次验电平均时间，如表1所示。从表中我们可以看出，新型验电笔验电时间平均缩短了约2分钟，比旧式验电笔缩短了约40%，验电效率的提升较为显著。
表1 新式验电笔验电时间试验
验电时间/分钟
500kV某户外敞开式变电站 500kV某GIS式变电站
500kV间隔1 500kV间隔2 500kV间隔3 500kV间隔4
旧式验电笔 5.5 5.8 5 4.8
新型验电笔 3.4 4 3 2.7
减少时间 2.1 1.8 2 2.1
减少时间百分比 38% 31% 40% 44%
3.结语
本文通过对旧式500kV验电笔的绝缘杆伸缩方式及手持式验电方式进行改进，设计了新型半自动化500kV验电笔，主要结构包括移动底座、蓄电池、直流电动机、减速箱、升降控制回路、绝缘杆、高压声光报警器等，并经过实际测试，保证其具备了以下功能：
1）验电笔满足最高10米的验电高度；
2）能可靠移动和固定验电；
3）验电笔顶端摆幅减小，降低误碰带电间隔的风险；
4）验电笔半自动伸缩，验电更省力，免去了长时间手持验电的弊端。
经过测试，该验电笔大大缩短了500kV设备的验电时间及验电风险，并进一步缩短停电时间，从而缩短停电风险，间接创造了一定的经济效益，保证电网安全稳定。
参考文献
[1]《带电作业用绝缘杆通用技术条件》（GB13398-92）.
[2]詹乐贵. 新型高压验电器研究及探讨. 城市建设理论研究，2013， （18）.
[3]胡建军. 电力安全工器具的管理使用. 电力安全技术，2007， 9（9）.
[4]吴黎明，杨金根. 电容型高压验电器安全探讨. 云南电力技术，2011， 40（2）.
[5]胡发焕，杨杰，邱小童. 大功率直流电机驱动电路的设计. 机械与电子，2009， （10）.
关键词：半自动化；500kV；验电笔
验电笔是变电站常用安全工器具，它的主要作用是验明设备是否带电，保证人员装设接地线或合上接地刀闸的安全性。常用500kV验电笔为可收缩式验电笔，分为绝缘杆与验电笔头两部分，使用时需展开绝缘杆使验电笔头接触待验电部位，若有声光报警，则设备有电；反之则无电。目前常用500kV验电笔存在如下问题：
1、长度不够。目前敞开式500kV设备高度一般为9米，而此种验电笔展开后全长为7.2米，使用时常需踮起脚才能够到验电部位；
2、材质较软，伸展验电时摆动幅度大，不易接触到验电部位；
3、重量大。验电笔重量约为3kg，验电时长时间手持比较累。
若验电时验电笔晃动破坏绝缘子，将可能造成短路故障引起500kV设备跳闸，导致大面积停电。因此，本文设计出一种新的500kV验电笔，保留验电部分，而对绝缘杆伸缩方式及尺寸进行重新设计，达到以下设计目标：
1、制作更长的绝缘杆，使验电部位能轻松接触到验电部位；
2、采用更省力的电动方式固定及伸缩绝缘杆。
1. 新型半自动化500kV验电笔的结构
新型验电笔根据齿轮与齿条传动的机械原理，配备一个蓄电池来提供动力，带动直流电动机转动，再通过减速机构传到最终的齿轮上面，齿轮带动齿条，而齿条则依附于验电杆之上，最终实现验电杆的升降。验电笔具有如下特点：
①整个装置能在水平面上自由移动；
②验电杆能自动或者半自动化的升降；
③能停在允许高度内的任意一位置。
1.1 移动底座
验电笔的底座框架如图1。所示整个装置要能够在水平面上自由移动，以确保验电杆能够在空中移动到任意想要测量的位置同时也要保证装置的稳定性，所以将该装置设计成小推车的结构形式。前轮为定向轮，方向向前；而后轮为万向轮，方向可以任意转动，即通过后轮来控制方向，实现装置车的位置变换。整个小车大致分为两层，下面放置蓄电池，上面放置电动机及减速箱装置，右侧两部分则分别为控制箱和验电杆放置位置。车轮包换锁死固定挡片。
图1 底座框架图
1.2 动力及传动部分
加装动力及传动部分的示意图如图2所示，由蓄电池、直流电机、减速箱及升降控制回路组成。
图2 动力系统示意图
①-减速箱；②-电动机；③-蓄电池
蓄电池选取的原则为满足动力要求即可，越小越好，本装置采取了2组12V的阀控式密封铅酸蓄电池，参数为10Ah2。同时为了方便蓄电池充电及更换因此给蓄电池底座安装四个轮子，可以使蓄电池与装置车脱离（接线仍然保持不变），只需定期充电或者更换蓄电池即可保证验电笔的持续工作。电机采用1000W的有刷直流电机，配以减速箱及电机正反转控制回路，通过电机正转或反转实现验电笔杆的升降。
电机正反转控制回路共有3个功能：升（电机正转）、降（电机反转）、急停，以按钮的形式至于小车的侧面面板上，实现了验电笔的自动伸缩要求。
1.3 验电笔绝缘杆
绝缘杆由6段伸缩杆组合而成，下部4段伸缩杆长度为2米，最上部一段一段为2.2米（预留0.2米作为齿轮传动点），最后一段固定于底座上无法移动，因此实际绝缘杆伸缩长度为2.2米至10米。每段绝缘杆均有细螺纹，通过齿轮传动上升或下降，如图3所示。段与段之间采取伸缩圆头螺钉连接。为保证移动可靠性，在绝缘杆外围设计有比绝缘杆外径大0.1米、高约2.4米并固定于底座的圆形通道。验电笔头采用常用的高压声光报警器，固定于最上部一段绝缘杆上。绝缘杆材料采用绝缘合格的玻璃钢环氧树脂。
图3 绝缘杆与齿轮传动螺纹
2.实用效果分析
本文通过现场实际使用来验证了该验电笔的实际效果，得出以下结论：
1）移动效果：该装置在水泥地面能可靠移动和固定，而在草地上移动效果稍差，但因重量不轻及固定功能，因此也能保证在草地上平稳固定的使用。
2）伸缩效果：能可靠的实现绝缘杆的伸缩功能及随时停止功能；伸缩到最大范围（10米）时顶端摆动幅度不超过0.7米，能准确触碰验电点。
3）验电时间：笔者使用新型验电笔与旧式验电笔分别在设备高度不同的2个变电站各2个停电间隔做3次验电操作，计算每次验电平均时间，如表1所示。从表中我们可以看出，新型验电笔验电时间平均缩短了约2分钟，比旧式验电笔缩短了约40%，验电效率的提升较为显著。
表1 新式验电笔验电时间试验
验电时间/分钟
500kV某户外敞开式变电站 500kV某GIS式变电站
500kV间隔1 500kV间隔2 500kV间隔3 500kV间隔4
旧式验电笔 5.5 5.8 5 4.8
新型验电笔 3.4 4 3 2.7
减少时间 2.1 1.8 2 2.1
减少时间百分比 38% 31% 40% 44%
3.结语
本文通过对旧式500kV验电笔的绝缘杆伸缩方式及手持式验电方式进行改进，设计了新型半自动化500kV验电笔，主要结构包括移动底座、蓄电池、直流电动机、减速箱、升降控制回路、绝缘杆、高压声光报警器等，并经过实际测试，保证其具备了以下功能：
1）验电笔满足最高10米的验电高度；
2）能可靠移动和固定验电；
3）验电笔顶端摆幅减小，降低误碰带电间隔的风险；
4）验电笔半自动伸缩，验电更省力，免去了长时间手持验电的弊端。
经过测试，该验电笔大大缩短了500kV设备的验电时间及验电风险，并进一步缩短停电时间，从而缩短停电风险，间接创造了一定的经济效益，保证电网安全稳定。
参考文献
[1]《带电作业用绝缘杆通用技术条件》（GB13398-92）.
[2]詹乐贵. 新型高压验电器研究及探讨. 城市建设理论研究，2013， （18）.
[3]胡建军. 电力安全工器具的管理使用. 电力安全技术，2007， 9（9）.
[4]吴黎明，杨金根. 电容型高压验电器安全探讨. 云南电力技术，2011， 40（2）.
[5]胡发焕，杨杰，邱小童. 大功率直流电机驱动电路的设计. 机械与电子，2009， （10）.