CN105606878A - 一种验电器和验电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种验电器和验电方法。该验电器包括激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元和数据处理单元，其中，所述激光信号发生单元、所述电场检测单元、所述磁场检测单元、所述紫外脉冲检测单元、所述报警单元分别与所述数据处理单元相连接，所述数据处理单元用于控制所述紫外脉冲检测单元中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数，用于三维电磁场数据处理并控制所述报警单元进行报警。通过本发明，能够实现远距离、非接触验电，有效降低安全生产风险。

Description

一种验电器和验电方法

技术领域

本发明涉及电力安全技术领域，具体而言，特别涉及一种验电器和验电方法。

背景技术

随着社会经济的发展，越来越多的电网安全生产事故进入人们的视野，而验电工作引起的事故在诸多电力事故中显得尤为突出。各个国家的电网公司不断强化电力安全生产管理，提升安全综合管理水平，将安全列为首要生产指标目前，一般使用电容型验电器完成验电工作，然而随着电压等级提高，该类验电器存在以下两方面问题：

第一方面,电容型验电器是通过检测流过验电器对地电容中的电流而工作的，要求起动电压高，严格执行“起动电压值不高于额定电压的40％,不低于额定电压的15％”的试验标准,这就要求它与被测目标要近距离的接触,要求验电距离小。而由于电压等级的提高，对绝缘的长度有要求，绝缘技术达不到，极容易发生意外击穿，造成人身伤亡。因而，现有技术中的采用电容型验电器验电，对电压等级较高的输电线路进行验电时，安全性较差。

第二方面，电容型验电器的检测原理是检测流过验电器对地电容中的电流，若验电器处于近似等电位的电场中，则会因轴向电位梯度过小，流过的对地电容电流小于工作回路起动的启动阂值。故在一些导体表面及周围的电场近似于均匀电场的设备附近会出现误差，例如当设备导电体面积大或导体周围湿度大的场合。因而，现有技术中的采用电容型验电器验电，存在一定的误差。

综上所述，针对现有技术中采用电容型验电器验电，对电压等级较高的输电线路进行验电时，安全性能差的问题，目前尚未提出有效的解决方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种验电器和验电方法，以解决现有技术中电容型验电器安全性能差的问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种验电器。该验电器包括激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元和数据处理单元，其中，激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元分别与数据处理单元相连接，数据处理单元用于控制紫外脉冲检测单元中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数，用于三维电磁场数据处理并控制报警单元进行报警。

进一步地，验电器还包括：时钟单元、三维加速度单元、显示单元和/或温湿度检测单元，分别与数据处理单元相连接。

进一步地，温湿度检测单元具体为全数字温湿度传感器，通过数据处理单元的接口上传数据。

进一步地，三维加速度单元具体为三轴加速度传感器，以I2C或SPI通讯接口与数据处理单元相连。

进一步地，电场检测单元包括：依次连接的三维电场信号采集模块、第一信号跟随模块、第一信号放大模块、第一整流模块和第一滤波模块，其中，第一滤波模块再与数据处理单元相连接。

进一步地，磁场检测单元包括：依次连接的三维磁场信号采集模块、第二信号跟随模块、第二信号放大模块、第二整流模块和第二滤波模块，其中，第二滤波模块再与数据处理单元相连接。

进一步地，第一信号跟随模块和第二信号跟随模块分别具体为电压跟随器或互补电压跟随器，用于降低输出电阻，提高带负载能力。

进一步地，三维电场信号采集模块具体为线性电光效应传感器；三维磁场信号采集模块具体为两片两维磁场传感器。

进一步地，第一信号放大模块和第二信号放大模块均包括对差分信号进行放大的运算放大电路。

进一步地，紫外传感器采用日盲型紫外管传感器，紫外脉冲检测单元由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

依据本发明的另一个方面，提供了一种验电方法。该方法包括向测量点发出测量光信号，其中，测量点为待验电的输电线路或设备；检测测量点的三维电磁场对光信号的频率和相角产生的偏转，得到检测数据；获取正常工作时测量点的标准三维电磁场分布曲线；比对检测数据与分布曲线，判断测量点是否带电；以及根据判断结果输出相应的验电信号。

通过本发明，提出了一种验电器，该验电器包括激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元和数据处理单元，其中，激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元分别与数据处理单元相连接，数据处理单元用于控制紫外脉冲检测单元中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数，用于三维电磁场数据处理并控制报警单元进行报警，解决了现有技术中电容型验电器安全性能差的问题，达到了远距离、非接触验电，有效降低安全生产风险的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是根据本发明实施例的验电器的组成框图；

图2是根据本发明实施例的验电方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。需要指出的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本发明实施例的验电器的组成框图，如图1所示，该实施例的验电器包括激光信号发生单元10、电场检测单元20、磁场检测单元30、紫外脉冲检测单元40、报警单元50和数据处理单元60。

其中，激光信号发生单元10、电场检测单元20、磁场检测单元30、紫外脉冲检测单元40、报警单元50分别与数据处理单元60相连接，数据处理单元60用于控制紫外脉冲检测单元40中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数，用于三维电、磁场数据处理并控制报警单元50进行报警。

该验电器的工作原理在于，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对光的频率和相角产生的偏转，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，通过报警模块发出声音报警信号和显示模块显示验电结果。

具体地，技术原理说明如下：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,场强的垂直分量仅在中相下和边柑外侧随着离地高度的变化而有较明显的变化,其余地方则变化得很不明显；而且该两处离地零至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。经研究分析，这样处理的而引起的误差在工程学允许的范围之内。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。

综上所述，光具有固定的频率和相角，不同电压等级的电压产生大小不同的电场，当光接触不同电压等级电场时，频率和相角发生不同偏转。发生偏转的数据与原始数据进行对比，可以得出相应的电压等级，从而实现了全电压等级的验电。

优选地，电场检测单元20包括：依次连接的三维电场信号采集模块、第一信号跟随模块、第一信号放大模块、第一整流模块和第一滤波模块，其中，第一滤波模块再与数据处理单元相连接。

其中，三维电场信号采集模块具体为线性电光效应传感器；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；第一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)，该第一信号放大模块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。第一滤波模块用于削减高频干扰信号；第一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。

优选地，磁场检测单元30包括：依次连接的三维磁场信号采集模块、第二信号跟随模块、第二信号放大模块、第二整流模块和第二滤波模块。其中，第二滤波模块再与数据处理单元相连接。

其中，三维磁场信号采集模块具体为两片两维磁场传感器(如HMC1022)。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；第二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，该第二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。第二滤波模块用于削减高频干扰信号；第二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。

优选地，紫外传感器采用日盲型紫外管传感器，紫外脉冲检测单元由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

优选地，该验电器还包括：时钟单元、三维加速度单元、显示单元和/或温湿度检测单元，分别与数据处理单元相连接。由数据处理单元内嵌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单元和显示三元发出动作指令，报警单元由柱状喇叭语音报警，显示三元采用彩色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。

进一步优选地，温湿度检测单元具体为全数字温湿度传感器，通过数据处理单元的接口上传数据。三维加速度单元具体为三轴加速度传感器(如MMA7455L三轴加速度传感器)，以I2C或SPI通讯接口与数据处理单元相连。

图2是根据本发明实施例的验电方法的流程图，如图2所示，该实施例的方法包括如下的步骤S102至步骤S110。

步骤S102：向测量点发出测量光信号，其中，测量点为待验电的输电线路或设备。

该步骤可通过实施例1中的激光信号发生单元10完成。

步骤S104：检测测量点的三维电磁场对光信号的频率和相角产生的偏转，得到检测数据。

该步骤可通过实施例1中的电场检测单元20、磁场检测单元30、紫外脉冲检测单元40共同完成。

步骤S106：获取正常工作时测量点的标准三维电磁场分布曲线。

步骤S108：比对检测数据与分布曲线，判断测量点是否带电。

步骤S110：根据判断结果输出相应的验电信号。

上述步骤S106至步骤S110可通过实施例1中的数据处理单元60完成，当数据处理单元60根据判断结果确定测量点带电时，控制报警单元50产生报警信号。

从以上各实施例的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：能够正确对10kV、35kV、110kV、220kV、500kV交流电压的高压线路、高压运行设备全天候、全电压、远距离、非接触进行带电检测，提高检测安全性、可靠性、适用性和方便性，达到提高验电安全可靠的目标。

需要说明的是，上述装置或系统实施例属于优选实施例，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。

本说明书中的各个优选实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于本申请的装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种验电器，其特征在于，验电器包括激光信号发生单元、电场检测单元、磁场检测单元、紫外脉冲检测单元、报警单元和数据处理单元，其中，所述激光信号发生单元、所述电场检测单元、所述磁场检测单元、所述紫外脉冲检测单元、所述报警单元分别与所述数据处理单元相连接，所述数据处理单元用于控制所述紫外脉冲检测单元中的紫外传感器供电电源和对紫外脉冲计数，用于三维电磁场数据处理并控制所述报警单元进行报警。

2.根据权利要求1所述的验电器，其特征在于，所述验电器还包括：

时钟单元、三维加速度单元、显示单元和/或温湿度检测单元，分别与所述数据处理单元相连接。

3.根据权利要求2所述的验电器，其特征在于，所述温湿度检测单元具体为全数字温湿度传感器，通过所述数据处理单元的接口上传数据。

4.根据权利要求2所述的验电器，其特征在于，所述三维加速度单元具体为三轴加速度传感器，以I2C或SPI通讯接口与所述数据处理单元相连。

5.根据权利要求1所述的验电器，其特征在于，

所述电场检测单元包括：依次连接的三维电场信号采集模块、第一信号跟随模块、第一信号放大模块、第一整流模块和第一滤波模块，其中，所述第一滤波模块再与所述数据处理单元相连接；

所述磁场检测单元包括：依次连接的三维磁场信号采集模块、第二信号跟随模块、第二信号放大模块、第二整流模块和第二滤波模块，其中，所述第二滤波模块再与所述数据处理单元相连接。

6.根据权利要求5所述的验电器，其特征在于，

所述第一信号跟随模块和第二信号跟随模块分别具体为电压跟随器或互补电压跟随器，用于降低输出电阻，提高带负载能力。

7.根据权利要求5所述的验电器，其特征在于，

所述三维电场信号采集模块具体为线性电光效应传感器；

所述三维磁场信号采集模块具体为两片两维磁场传感器。

8.根据权利要求5所述的验电器，其特征在于，

所述第一信号放大模块和所述第二信号放大模块均包括对差分信号进行放大的运算放大电路。

9.根据权利要求1所述的验电器，其特征在于，所述紫外传感器采用日盲型紫外管传感器，所述紫外脉冲检测单元由日盲型紫外传感器、高压电源和脉冲整形电路构成。

10.一种验电方法，其特征在于，包括：

向测量点发出测量光信号，其中，所述测量点为待验电的输电线路或设备；

检测所述测量点的三维电磁场对所述光信号的频率和相角产生的偏转，得到检测数据；

获取正常工作时所述测量点的标准三维电磁场分布曲线；

比对所述检测数据与所述分布曲线，判断所述测量点是否带电；以及

根据判断结果输出相应的验电信号。