CN103091547A

CN103091547A - 全电压等级无线验电仪

Info

Publication number: CN103091547A
Application number: CN2013100444722A
Authority: CN
Inventors: 宣海根; 徐冬东
Original assignee: HANGZHOU SHUANGDONG ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU SHUANGDONG ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明提供了一种全电压等级无线验电仪。它包括三维电场信号采集模块、三维磁场信号采集模块、对应三维电场信号采集模块的第一信号跟随模块、对应三维磁场信号采集模块的第二信号跟随模块、电场信号处理模块、磁场信号处理模块、紫外脉冲检测模块、报警模块、数据处理模块、温湿度检测模块、时钟模块、三维加速度模块和显示模块。本发明能够进行无接触的全电压等级验电，能迅速对输电线路带电与否进行判断，并且能迅速对带电导线进行准确定位，对于超高压线路和设备通过检测紫外脉冲数可以有效地验电。

Description

全电压等级无线验电仪

技术领域

本发明属于交流输变电设备安全工器具，具体涉及一种全电压等级无线验电仪。

背景技术

电力线路或设备停电检修时必须遵循停电、验电、挂地再开始操作的规定。验电操作必须通过验电器来完成，验电器是用来检测电力设备上是否存在电压的常用电力安全工具之一。通过验电器来明确验证停电设备是否确无电压，再进行其他操作，以防止出现带电装接地线(合接地刀闸)、误碰有电设备等恶性事故的发生。因此，在电力行业中验电器的作用不可忽视。传统的验电器都是安装在操作杆上，操作时用验电器直接与电力线路接触，验电器中的电阻将高电压降低到安全的电压值(通常是几伏)，通过人体到大地形成一个回路，验电器中通常都带有声音或发光指示线路是否带电。传统的验电器小巧、携带方便，但必须与电力线路接触才能使用，因此仍然存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全电压等级无线验电仪，无须接触即可检测电力线或设备是否带电。为此，本发明采用以下技术方案：

它包括三维电场信号采集模块、三维磁场信号采集模块、对应三维电场信号采集模块的第一信号跟随模块、对应三维磁场信号采集模块的第二信号跟随模块、电场信号处理模块、磁场信号处理模块、紫外脉冲检测模块、报警模块、数据处理模块、温湿度检测模块、时钟模块、三维加速度模块和显示模块；

电场信号处理模块和磁场信号处理模块均包括信号放大模块、滤波模块和整流模块；

电场检测单元以及磁场检测单元的位置关系是:信号采集模块、信号跟随模块、信号放大模块、整流模块、滤波模块依次连接，滤波模块再与数据处理模块（MCU）连接；

紫外脉冲检测模块也直接和数据处理模块（MCU）连接，数据处理模块控制紫外脉冲检测模块中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数；

温湿度检测模块、时钟模块、三维加速度模块和显示模块均分别和数据处理模块（MCU）连接。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

所述紫外脉冲检测模块中的紫外传感器采用日盲型紫外管传感器；紫外脉冲检测模块由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

三维电场信号采集模块由线性电光效应传感器构成。

信号放大模块采用了对差分信号进行放大的运算放大电路。

三维磁场信号采集模块由两片两维磁场传感器（如HMC1022两维磁场传感器）组成。

所述信号跟随模块采用电压跟随器或互补电压跟随器。

温湿度检测模块采用全数字温湿度传感器（如SHT11全数字温湿度传感器），通过数据处理模块的接口上传数据。

交流输电线路工作时, 导线和设备上的电荷将在空间产生工频电场, 导线内的电流将在空间产生工频磁场。空间场强除地面外，空间各点电场强度是一个旋转矢量，矢量模的大小随着方向的不同而改变，在某一方向有最大值，垂直于此方向有一最小值。从离地不同距离的各点场强的变化来看, 场强的垂直分量随着离地高度的增加, 仅在中相下和边柑外侧场强最大处变化较明显, 其余地方随着离地高度的增加, 场强的变化很不明显, 即使在该两处离地零至2米内场强变化也很小。因此, 可以认为垂直场强在地面上零至2米内分布比较均匀。场强的水平分量在地面为零, 随着离地距离的增加而逐渐增加。由于离地2米内场强的水平分量数值不大, 同时因为对垂直分量在时间上有相角差, 因此在此范围内的合成场强, 在数值上和垂直场强差别不大。为了简化，在考虑地面附近人和物体的静电感应时,可以只考虑场强的垂直分量的作用, 并把它看成是均匀的。这样处理引起的误差不大, 工程上是完全允许的。在离地较高时, 场强的垂直分量和水平分量随着离地高度的增加而迅速增加。在考虑静电感应时, 除了要考虑不均匀性外, 场强的水平分量也不能忽略。通过检测带电体空间电场强度的大小，计算出电压的等级，确定导线和设备是否带电，从而可以实现非接触无线测量。

超高压设备电晕放电中的紫外脉冲的功率密度与高压设备表面电场强度有关，通过采用更高灵敏度的日盲型紫外管测量设备远处点的紫外脉冲数量，通过其功率密度判断设备表面电场，结合测量得到的环境参数(包括温度、湿度和时间)，从而也可以实现非接触判断设备是否带电。

综上，本发明用检测带电体周围电磁场，或超高压带电体电晕放电时产生的紫外线，来判断带电体是否带电。由于带电体周围要产生电场或磁场，距离地面位置的不同，带电体产生电场或磁场强度幅值大小也不同。同一位置不同电压等级的带电体，其所产生电场或磁场强度幅值的大小和方向也不相同，因此通过检测电磁场强度的幅值的大小和方向，就可以检测电力线路或设备是否带电。超高压设备电晕放电时紫外脉冲功率密度与高压设备表面电场强度的有关系，通过采用高灵敏度的日盲型紫外管，测量超高压带电体电晕放电时紫外脉冲数量，通过其功率密度判断设备表面电场，结合测量得到的环境参数(包括温度、湿度和时间)，从而判断设备是否带电。从而实现了全电压等级的验电。

本发明的工作原理是:根据不同电压等级三相线路（或带电设备），测量点的三维电磁场强度分布曲线，与正常工作时测量点的标准三维电磁场强度分布曲线相比较或模式识别，能迅速对输电线路带电与否进行判断，并且能迅速对带电导线进行准确定位，对于超高压线路和设备通过检测紫外脉冲数可以有效地验电，报警模块可发出声音报警信号和显示模块能显示验电结果。

附图说明

图1为本发明的方框示意图。

具体实施方式

参照附图，本发明包括三维电场信号采集模块、三维磁场信号采集模块、对应三维电场信号采集模块的第一信号跟随模块、对应三维磁场信号采集模块的第二信号跟随模块、电场信号处理模块、磁场信号处理模块、紫外脉冲检测模块、报警模块、数据处理模块、温湿度检测模块、时钟模块、三维加速度模块和显示模块；

电场检测单元的位置关系是: 三维电场信号采集模块、第一信号跟随模块、信号放大模块、整流模块、滤波模块依次连接，滤波模块再与数据处理模块（MCU）连接；

磁场检测单元的位置关系是：三维磁场信号采集模块、第二信号跟随模块、信号放大模块、整流模块、滤波模块依次连接，滤波模块再与数据处理模块（MCU）连接；

三维加速度模块采用三轴加速度传感器（如MMA7455L三轴加速度传感器），以I2C或SPI通讯接口与MCU相连。

紫外脉冲检测模块由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

三维电场信号采集模块采用由Pockels 效应即线性电光效应传感器构成。

第一信号跟随模块采用电压跟随器或互补电压跟随器，用来降低输出电阻、提高带负载能力。

信号放大模块采用了对差分信号进行放大的运算放大电路以抑制共模干扰信号（如INA128），信号放大电路的主要作用是提高电压增益，不同电压等级有模拟开关切换放大倍数。滤波模块用于削减高频干扰信号，整流模块是将交流信号转换成直流信号，由整流电路和后级二阶滤波器构成，后级滤波器用于纹波的过滤，整流模块由一片运算放大器和外围的电阻、二极管组成。

三维磁场信号采集模块采用两片两维磁场传感器（如HMC1022）构成。

第二信号跟随模块采用电压跟随器或互补电压跟随器，以降低输出电阻，提高带负载能力。

信号放大模块采用了对差分信号进行放大的运算放大电路以抑制共模干扰信号，信号放大模块的主要作用是提高电压增益，不同电压等级由模拟开关切换放大倍数。滤波模块用于削减高频干扰信号，整流模块是将交流信号转换成直流信号，由整流电路和后级二阶滤波器构成，后级滤波器用于纹波的过滤，整流电路由一片运算放大器和外围的电阻、二极管组成。

由MCU内嵌A/D通道将直流模拟信号转换成数字信号，经数字滤波和数据智能处理后，根据得到的数据模式识别是否向报警模块和显示模块发出动作指令，报警模块由柱状喇叭语音报警，显示模块采用彩色LCD显示模块，可显示检测电磁场强度曲线或紫外线脉冲数，并显示相应结论。

MCU主要完成以下功能:(a)控制接收紫外脉冲数据；(b)三维电磁场数据处理；（c）三维加速度数据处理；(d)温湿度数据处理；(d)控制柱状喇叭发出语音提示；(e)SD卡数据交换；(f)控制LCD显示器。

本发明的验电方法主要分为自检、模式选测、检测、模式识别、语音提示、数据存储六个阶段，程序主要算法是基于模糊的神经网络模式识别，实现测量点与工作位置标准三维电磁场强度分布曲线相比较，实现对三相带电导线进行准确定位和验电。

本发明操作规程:

1)在使用本验电仪之前，必须对验电仪器进行检查。若发现验电器存在裂纹、各部件安装不紧固等现象不得使用。

2)只有通过了自检的验电器才能用于验电操作。验电器自检是否通过可根据语音提示和LCD显示判断即可。

打开电源开关仪器进行自检，如果正常会有语音提示，LCD上会显示温湿度、时间、电压等级、电池电量等。否则验电仪器有故障，应停止使用;显示如果电池电量不足，则显示自检也未通过，也应停止使用。

3)对超（特）电线路进行验电，应选择紫外脉冲档位。

4）在测试过程中，如果操作人员在测试姿态不正确，没有测试结果，并语音提示。

Claims

1.全电压等级无线验电仪，其特征在于它包括三维电场信号采集模块、三维磁场信号采集模块、对应三维电场信号采集模块的第一信号跟随模块、对应三维磁场信号采集模块的第二信号跟随模块、电场信号处理模块、磁场信号处理模块、紫外脉冲检测模块、报警模块、数据处理模块、温湿度检测模块、时钟模块、三维加速度模块和显示模块；

电场检测单元以及磁场检测单元的位置关系是:信号采集模块、信号跟随模块、信号放大模块、滤波模块、整流模块依次连接，整流模块再与数据处理模块（MCU）连接；

2.如权利要求1所述的全电压等级无线验电仪，其特征在于所述紫外脉冲检测模块中的紫外传感器采用日盲型紫外管传感器；紫外脉冲检测模块由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

3.如权利要求1所述的全电压等级无线验电仪，其特征在于三维电场信号采集模块由线性电光效应传感器构成。

4.如权利要求1所述的全电压等级无线验电仪，其特征在于信号放大模块采用了对差分信号进行放大的运算放大电路。

5.如权利要求1所述的全电压等级无线验电仪，其特征在于三维磁场信号采集模块由两片两维磁场传感器组成。

6.如权利要求1所述的全电压等级无验电仪，其特征在于所述信号跟随模块采用电压跟随器或互补电压跟随器。

7.如权利要求1所述的全电压等级无线验电仪，其特征在于温湿度检测模块采用全数字温湿度传感器。