專利名稱：非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的電子傳感器，特別涉及一種有源型電子式的單極式電壓傳感器及電壓測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)是大容量、高電壓、小型化、數(shù)字化和輸配電系統(tǒng)自動(dòng)化。電網(wǎng)電壓的不斷提高，使傳統(tǒng)互感器的體積愈來愈大，絕緣結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜，制造的難度也愈來愈提高。同時(shí)，傳統(tǒng)互感器存在的磁滯、磁飽和、二次不能開路、線性度低、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確范圍小等問題日益突出，已經(jīng)不能為電力系統(tǒng)發(fā)展提供保證。由于傳統(tǒng)互感器輸出為模擬信號(hào)，不能為輸配電系統(tǒng)自動(dòng)化提供所需的數(shù)字信號(hào)，因而也成為數(shù)字化變電站必須解決的難題。另外，傳統(tǒng)的電磁式電流電壓互感器體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鐵心易飽和，可靠性差，集成度與數(shù)字化不高，絕緣性能要求高。諸多不便，難以滿足目前基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)建設(shè)要求。因此急需一種低能耗、高精度的儀器裝置來采集高壓輸電線的電壓并且能夠?qū)崿F(xiàn)采集信號(hào)的數(shù)字化、集成化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種低能耗、高精度的儀器裝置來采集高壓輸電線電壓并且能夠?qū)崿F(xiàn)采集信號(hào)的數(shù)字化、集成化；并且該儀器的量程范圍寬，不會(huì)出現(xiàn)飽和等現(xiàn)象，提高了可靠性和工作效率。本發(fā)明的目的之一是提出一種非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置；本發(fā)明的目的之二是提出一種非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量方法。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，包括電壓測(cè)試傳感器，所述電壓測(cè)試傳感器包括電場(chǎng)傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)輸出模塊；所述電場(chǎng)傳感器采集輸電線周圍電場(chǎng)信號(hào)，并將電場(chǎng)信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊將接收的電場(chǎng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)后傳輸?shù)叫盘?hào)輸出模塊；所述信號(hào)輸出模塊接收電壓信號(hào)，將其處理后輸出到顯示器。進(jìn)一步，所述電場(chǎng)傳感器包括兩個(gè)半球殼式電極和置于兩個(gè)半球殼所形成空腔中的測(cè)量電容，所述測(cè)量電容的兩極板分別與半球殼式電極連接；進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括測(cè)量信號(hào)放大電路、一次轉(zhuǎn)換器和無線發(fā)送模塊、 所述測(cè)量信號(hào)放大電路的輸入端與測(cè)量電容的兩極板連接，所述測(cè)量信號(hào)放大電路的輸出端與一次轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述一次轉(zhuǎn)換器的輸出端與無線發(fā)送模塊的輸入端連接；進(jìn)一步，所述一次轉(zhuǎn)換器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和MCU數(shù)據(jù)處理器，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將電場(chǎng)傳感器采集輸電線周圍電場(chǎng)信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述MCU數(shù)據(jù)處理器用于將電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與測(cè)量信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與MCU數(shù)據(jù)處理器的輸入端連接；進(jìn)一步，所述輸出模塊包括無線發(fā)送模塊、無線接收模塊、二次轉(zhuǎn)換器和信號(hào)輸出端口，所述MCU數(shù)據(jù)處理器的輸出端與無線發(fā)送模塊的輸入端連接，所述無線發(fā)送模塊向無線接收模塊發(fā)送信號(hào)，所述無線接收模塊、二次轉(zhuǎn)換器和信號(hào)輸出端口依次連接；進(jìn)一步，所述信號(hào)輸出端口設(shè)置有模擬信號(hào)輸出通道和數(shù)字信號(hào)輸出通道；進(jìn)一步，還包括設(shè)置至少一個(gè)電壓校正傳感器，所述電壓校正傳感器與所述電壓測(cè)試傳感器為同種類型的傳感器，所述電壓校正傳感器與電壓測(cè)試傳感器固定于以高壓輸電線為中心的兩個(gè)相對(duì)位置上；進(jìn)一步，所述無線發(fā)送模塊按照數(shù)據(jù)通信協(xié)議層的數(shù)據(jù)協(xié)議格式向無線接收模塊發(fā)送信號(hào)，所述無線接收模塊采用RF接口并按照物聯(lián)電網(wǎng)數(shù)據(jù)協(xié)議棧格式通過通信協(xié)議棧傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)；本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量方法，包括以下步驟(1)分別將電壓測(cè)試傳感器和電壓校正傳感器固定安裝于高壓輸電線的相對(duì)兩個(gè)位置；(2)通過電壓測(cè)試傳感器和電壓校正傳感器分別獲取測(cè)量電容的感應(yīng)電壓；(3)將感應(yīng)電壓進(jìn)行放大、濾波處理和A/D采樣分別得到測(cè)量感應(yīng)電壓U3tt，校正感應(yīng)電壓U校正；(4)通過下列公式將測(cè)量感應(yīng)電壓U測(cè)量 和校正感應(yīng)電壓U校正 分別換算為測(cè)量感應(yīng)電場(chǎng)E測(cè)量,校正感應(yīng)電場(chǎng)E校正 ；
權(quán)利要求
1.非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于包括電壓測(cè)試傳感器，所述電壓測(cè)試傳感器包括電場(chǎng)傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊和信號(hào)輸出模塊；所述電場(chǎng)傳感器采集輸電線周圍電場(chǎng)信號(hào)，并將電場(chǎng)信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊； 所述數(shù)據(jù)處理模塊將接收的電場(chǎng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)后傳輸?shù)叫盘?hào)輸出模塊；所述信號(hào)輸出模塊接收電壓信號(hào)，將其處理后輸出到顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述電場(chǎng)傳感器包括兩個(gè)半球殼式電極和置于兩個(gè)半球殼所形成空腔中的測(cè)量電容， 所述測(cè)量電容的兩極板分別與半球殼式電極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊包括測(cè)量信號(hào)放大電路、一次轉(zhuǎn)換器和無線發(fā)送模塊、所述測(cè)量信號(hào)放大電路的輸入端與測(cè)量電容的兩極板連接，所述測(cè)量信號(hào)放大電路的輸出端與一次轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述一次轉(zhuǎn)換器的輸出端與無線發(fā)送模塊的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述一次轉(zhuǎn)換器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊和MCU數(shù)據(jù)處理器，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將電場(chǎng)傳感器采集輸電線周圍電場(chǎng)信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述MCU數(shù)據(jù)處理器用于將電場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與測(cè)量信號(hào)放大電路的輸出端連接，所述 A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與MCU數(shù)據(jù)處理器的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述輸出模塊包括無線發(fā)送模塊、無線接收模塊、二次轉(zhuǎn)換器和信號(hào)輸出端口，所述 MCU數(shù)據(jù)處理器的輸出端與無線發(fā)送模塊的輸入端連接，所述無線發(fā)送模塊向無線接收模塊發(fā)送信號(hào)，所述無線接收模塊、二次轉(zhuǎn)換器和信號(hào)輸出端口依次連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述信號(hào)輸出端口設(shè)置有模擬信號(hào)輸出通道和數(shù)字信號(hào)輸出通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于還包括至少一個(gè)電壓校正傳感器，所述電壓校正傳感器與所述電壓測(cè)試傳感器為同種類型的傳感器，所述電壓校正傳感器與電壓測(cè)試傳感器固定于以高壓輸電線為中心的兩個(gè)相對(duì)位置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置，其特征在于所述無線發(fā)送模塊按照數(shù)據(jù)通信協(xié)議層的數(shù)據(jù)協(xié)議格式向無線接收模塊發(fā)送信號(hào)，所述無線接收模塊采用RF接口并按照物聯(lián)電網(wǎng)數(shù)據(jù)協(xié)議棧格式通過通信協(xié)議棧傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)。
9.非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟(1)分別將電壓測(cè)試傳感器和電壓校正傳感器固定安裝于高壓輸電線的相對(duì)兩個(gè)位置；(2)通過電壓測(cè)試傳感器和電壓校正傳感器分別獲取測(cè)量電容的感應(yīng)電壓；(3)將感應(yīng)電壓進(jìn)行放大、濾波處理和A/D采樣分別得到測(cè)量感應(yīng)電壓U3 ，校正感應(yīng)電壓U校正；(4)通過下列公式將測(cè)量感應(yīng)電SU3 和校正感應(yīng)電壓Uei分別換算為測(cè)量感應(yīng)電場(chǎng)E測(cè)量，校正感應(yīng)電場(chǎng)E校正；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(5)中包括如果測(cè)量感應(yīng)電場(chǎng)E3tt與校正感應(yīng)電場(chǎng)Ek的差值大于或等于預(yù)設(shè)值，則返回步驟O)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸式電荷感應(yīng)式高壓輸電線電壓測(cè)量裝置及方法，涉及智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的電子傳感器，包括電壓測(cè)試傳感器，所述電壓測(cè)試傳感器包括采集輸電線周圍電場(chǎng)信號(hào)電場(chǎng)傳感器和電壓校正傳感器，接收的電場(chǎng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)處理模塊，號(hào)輸出模塊接收電壓信號(hào)，將其處理后輸出到顯示器；所述電場(chǎng)傳感器包括兩個(gè)半球殼式電極和置于兩個(gè)半球殼所形成空腔中的測(cè)量電容，所述測(cè)量電容的兩極板分別與半球殼式電極連接；本發(fā)明將采集信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化傳輸，提高了提高精度，量程范圍寬，不會(huì)出現(xiàn)飽和等現(xiàn)象，傳感器為單極式非接觸傳感器，安裝簡單，拆卸方便，體積小，為電網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)提供了極大的方便。
文檔編號(hào)G01R19/25GK102156218SQ20111006484
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者何為, 劉聰漢, 汪金剛, 王平, 魏鋼 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)