CN105974187B - 一种便携式电压在线测量装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式电压在线测量装置，包括测量部分、绝缘间隔段、电机升降部分；所述测量部分包括均压环、高压侧电极、空心绝缘外壳、电场传感头、低压侧接地电极，均压环与高压侧电极相连，所述高压侧电极、低压侧接地电极分别位于空心绝缘外壳的两端，两电极中间产生电场；低压侧接地电极连接接地引线。电场传感头位于空心绝缘外壳中，电场传感头与电光转换器相连，电光转换器通过传输光纤与信号处理/发射单元相连，测量信号经电光转换器电光转换后，通过传输光纤传到信号处理/发射单元中。绝缘间隔段位于空心绝缘外壳的下端、电机升降部分的上端，所述电机升降部分包括直流电机、传动杆，直流电机通过传动杆连接测量部分。本发明装置终端显示和测量部分分开，测量数据通过无线信号进行发送；该装置体积小、质量轻、方便携带、能够随时随地对输电线路进行电压测量。

Description

一种便携式电压在线测量装置

技术领域

本发明一种便携式电压在线测量装置，涉及电力系统测量领域。

背景技术

电压是衡量电能质量的标准之一，输配电网的欠电压和过电压运行都会对用电设备造成影响。过电压严重时会造成电气设备击穿、放电、闪络、爆炸等一系列事故。同时输配电网的实时电压状态反应了整条线路和用电负荷的运行情况，也直接影响到电力系统的安全运行。因此对电力系统的电压状况进行监测是十分必要的。但鉴于各变电站电压互感器的数量有限，和各个变电站的距离相隔相对较远，电压互感器测量的电压情况只能真实的反应变电站附近输电线路的电压情况，而对其他地方的监测情况相对较弱。在其他距变电站测量设备较远的地方如果发生线路故障或雷击过电压事故，如果不能对其进行监测会对电力系统的安全运行造成影响。

目前，对电力系统的在线监测装置有两种，一种是接触式的，一种是非接触式的。对于接触式的测量装置一般需要工作人员爬上杆塔或者通过其他升降设备把测量装置安装在测量线路上。而对于另一种非接触式的电压测量装置，采用耦合电场测量原理来测量电压，但一旦测量装置距离测量线路的距离较远时，测量的准确性受电磁干扰的影响比较大。

发明内容

针对目前电压测量装置在安装时，需要工作人员爬上杆塔或使用升降装置进行高空作业和需要对该输电线路进行停电的问题和非接触测量装置在线测量准确性不高的缺点。本发明提供一种便携式电压在线测量装置，终端显示和测量部分分开，测量数据通过无线信号进行发送；该装置体积小、质量轻、方便携带、能够随时随地对输电线路进行电压测量。

本发明所采用的技术方案是：

一种便携式电压在线测量装置，包括测量部分、绝缘间隔段、电机升降部分；所述测量部分包括均压环、高压侧电极、空心绝缘外壳、电场传感头、低压侧接地电极，均压环与高压侧电极相连，所述高压侧电极、低压侧接地电极分别位于空心绝缘外壳的两端，两电极中间产生电场；低压侧接地电极连接接地引线。

电场传感头位于空心绝缘外壳中，电场传感头与电光转换器相连，电光转换器通过传输光纤与信号处理/发射单元相连，测量信号经电光转换器电光转换后，通过传输光纤传到信号处理/发射单元中。绝缘间隔段位于空心绝缘外壳的下端、电机升降部分的上端，绝缘间隔段用于测量部分与电机升降部分分开。

所述电机升降部分包括直流电机、传动杆，直流电机通过传动杆连接测量部分。

所述空心绝缘外壳密封且内部充入氮气，电场传感头分布在空心绝缘外壳的内部，其位置分布由高斯—切比雪夫求积公式确定。

所述信号处理/发射单元包括光电探测模块、差分放大模块、无线发射模块，信号处理/发射单元用于实现对电场测量信号放大后进行无线发射。

所述信号处理/发射单元通过无线方式连接显示终端，信号处理/发射单元发射的无线信号，由显示终端进行接收和处理。显示终端包括无线接收模块、A/D转换模块、数字积分处理模块、输出显示模块，测量电压值在显示终端的输出显示模块上进行显示。

所述直流电机遥控控制，直流电机连接遥控天线，控制信号通过遥控天线进行接收，通过直流电机控制传动杆的升降，使均压环接触被测导线。

所述高压侧电极、低压侧接地电极之间的距离为2米，以该装置的中轴线为X数轴，两极板中点位置为X数轴的原点，以数轴坐标的形式，确定电场传感头的在数轴上的位置。

所述高斯—切比雪夫求积公式：其中为权函数，其中：k＝0,1,…,n，把k＝0,1,2代入得所述电场传感头分别放在的位置。

本发明一种便携式电压在线测量装置，技术效果如下：

1：此便携式电压在线测量装置，显示终端和测量部分分开，测量数据通过无线信号进行发送，使该装置体积小、质量轻，方便携带，能够随时随地对输电线路进行电压测量。

2：测量时把该装置放在被测导线的正下方，通过遥控控制小型直流电机带动螺纹传动杆，对装置测量部分进行升降，使均压环可靠接触被测导线，无需工作人员进行高空作业队测量装置进行安装，极大的减小了工作量，确保了测量和工作人员的安全性。

3：能够实现对输电线路的在线测量，测量时无需对输电线路停电，消除测量时停电造成的损失。可以在不停电的情况下对任意点进行电压测量，大大减小了在线安装的工作量，保证了测量的安全性和便捷性。

4：电场传感头放在屏蔽材料组成的绝缘外壳内部，与非接触式测量装置相比能大大减少外界电磁场对测量精确度的干扰，保证测量的可靠性。

5：电场传感头的位置由两极板间的距离(2米)和高斯-切比雪夫公式确定x₀,x₁,x₂和A₁,A₂,A₃。并把电场传感头在三点的测量值代入高斯-切比雪夫数值求积公式：得到被测导线的电压值，具有较高的精度。

6：本发明一种便携式电压在线测量装置，结构简单，体积小质量轻，测量时无需对其安装在被测导线上，只需放在被测导线的正下方，通过遥控控制小型直流电机带动螺纹传动杆，把测量部分的均压环与被测导线可靠连接，不需人工安装，和近距离接触，减少了工作量又保证了安全性。采用对两极板间的电场强度值积分的方式来获得电压测量值，并用高斯-切比雪夫数值求积公式计算该积分。与一般非接触式测量装置相比，该测量装置受外界电磁场的干扰小测量准确，实现对输电导线在不停电的情况下进行实时测量，操作简单，携带方便，是一种理想的实时电压测量工具。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

图2本发明的显示终端的结构示意图。

图3本发明的信号处理/发射单元的功能模块图。

具体实施方式

如图1～图3所示，一种便携式电压在线测量装置，包括测量部分、绝缘间隔段9、电机升降部分。所述测量部分包括均压环1、高压侧电极2、空心绝缘外壳3、电场传感头4、低压侧接地电极8。

均压环1与高压侧电极2相连，所述高压侧电极2、低压侧接地电极8分别位于空心绝缘外壳3的两端，两电极中间产生电场。低压侧接地电极8连接接地引线11，测量时把接地引线11接地，保证低压侧接地电极8的地电位，同时防止意外漏电。

均压环1有增大接触面，防止尖端放电的作用。测量时均压环1与被测导线可靠接触，使高压侧电极2和被测导线等电位。接地引线11使低压侧接地电极8保证地电位，使高、低压极板间的电场积分值为被测导线的电压值。

电场传感头4位于空心绝缘外壳3中，电场传感头4与电光转换器5相连，电光转换器5通过传输光纤6与信号处理/发射单元7相连，测量信号经电光转换器5电光转换后，通过传输光纤6传到信号处理/发射单元7中。

电场传感头4位于由电磁屏蔽材料制成的空心绝缘外壳3内部，能减小外界环境和相邻相线路的电磁干扰对内部电场传感器处电场强度的影响，使测量尽量准确。同时在空心绝缘外壳3内部充入氮气防止两级板被击穿，保证绝缘性。电场传感头4采用EHC-50C电场传感头，具有较高测量精度。该装置采用3个这样的传感头，且三个传感头的位置分布情况有高斯-切比雪夫数值求积公式确定。

所述高斯—切比雪夫求积公式：其中为权函数，其中k＝0,1,…,n.把k＝0,1,2代入得

所述电场传感头4分别放在的位置。两极板间距离为2米，中点为原点。

绝缘间隔段9位于空心绝缘外壳3的下端、电机升降部分的上端，绝缘间隔段9用于测量部分与电机升降部分分开；保证绝缘可靠性和测量的安全性。电极升降部分通过遥控控制，不需要人近距离接触保证测量安全性。

绝缘间隔段9由硅橡胶绝缘材料构成的与上下两端半径相同的圆柱体，其主要作用时把测量部分和电机升降部分完全分开，防止测量部分绝缘被击穿，对工作人员造成触电伤害，确保安全性。

所述电机升降部分包括直流电机13、传动杆15，直流电机13通过传动杆15连接测量部分。

所述空心绝缘外壳3密封且内部充入氮气，电场传感头4分布在空心绝缘外壳3的内部，其位置分布由高斯—切比雪夫求积公式确定。

所述信号处理/发射单元7包括光电探测模块、差分放大模块、无线发射模块，信号处理/发射单元7用于实现对电场测量信号放大后进行无线发射。对测量的电场强度值的电信号进行光电探测、差分放大后进行无线发射。测量部分和显示终端分开，减小了该装置的体积和重量，保证了其便携性的特点。

所述信号处理/发射单元7通过无线方式连接显示终端16，信号处理/发射单元7发射的无线信号，由显示终端16进行接收和处理。显示终端16包括无线接收模块、A/D转换模块、数字积分处理模块(采用ADE7759数字积分芯片)、输出显示模块，测量电压值在显示终端16的输出显示模块17上进行显示。无线接收模块对无线信号进行接收后，对该信号进行A/D转换、数字积分处理(运用高斯-切比雪夫数值求积公式，把3个电场传感头测量的电场值代入计算得出测量电压值)，把测量的电压值显示在显示终端16的输出显示模块上。

所述直流电机13遥控控制，直流电机13连接遥控天线12，控制信号通过遥控天线12进行接收，通过直流电机13控制传动杆15的升降，使均压环1接触被测导线。一台小型直流电机可通过遥控进行控制。在直流电源14的驱动下，直流电机13带动传动螺纹杆，使测量部分升降，直至均压环1能够可靠的接触被测导线，大大减小了工作人员的工作量。且通过遥控控制，不经过人工触碰，保证了工作人员的安全性。

所述高压侧电极2、低压侧接地电极8之间的距离为2米，以该装置的中轴线为X数轴，两极板中点位置为X数轴的原点，以数轴坐标的形式，确定电场传感头4的在数轴上的位置。

本发明便携式电压在线测量装置。该装置采用杆式结构，由于EHC-50C电场传感头体积小，可以直接分布在空心绝缘外壳3的内部，并竖直排布，其位置由高斯—切比雪夫求积公式确定。在该装置的底部有小型直流电机，小型直流电机在直流电源的驱动下，带动传动杆15，使该装置的测量部分升降。并且该电机受能够通过遥控天线12，接收遥控器发来的指令，受遥控控制。

测量时，将该装置放在被测量导线正下方，工作人员通过遥控直流电机13转动，从而控制该装置测量部分的升降，直至均压环1可靠地接触被测导线，使高压侧电极2与被测导线等电位。

该装置测量时不需要工作人员在高空进行安装和对该测量线路进行停电处理，大大减少了工作人员的工作量和安装带来的麻烦，同时在线测量，也减少了停电带来的损失。

另一方面本装置虽用测量电场的方式进行测量，但三个电场传感头都装在电磁屏蔽材料制成的封闭绝缘壳体内，能很好克服外界环境和相邻相线路对传感头的电扰，能够方便准确的运用其对输电线路的任一点进行电压的测量。

同时为了减轻该测量装置的体积和质量，保证其便携性，使测量和最终的数据处理和数据显示部分分开，在该装置上安装了无线WiFi模块，对测量的数据进行无线发射，发射的数据被手持终端接收后进行数据处理，最终把测量数据和该测量线路电压的波动状态显示在终端的显示器上。该测量数据的处理方式是把三个电场传感头的测量电场值代入高斯-切比雪夫公式，进行数值积分处理，得到被测线路的电压值，具有较高精度。

Claims (1)

1.一种便携式电压在线测量装置，包括测量部分、绝缘间隔段(9)、电机升降部分；其特征在于，所述测量部分包括均压环(1)、高压侧电极(2)、空心绝缘外壳(3)、电场传感头(4)、低压侧接地电极(8)，

均压环(1)与高压侧电极(2)相连，所述高压侧电极(2)、低压侧接地电极(8)分别位于空心绝缘外壳(3)的两端，两电极中间产生电场；

低压侧接地电极(8)连接接地引线(11)；

电场传感头(4)位于空心绝缘外壳(3)中，电场传感头(4)与电光转换器(5)相连，电光转换器(5)通过传输光纤(6)与信号处理/发射单元(7)相连，测量信号经电光转换器(5)电光转换后，通过传输光纤(6)传到信号处理/发射单元(7)中；

绝缘间隔段(9)位于空心绝缘外壳(3)的下端、电机升降部分的上端，绝缘间隔段(9)用于测量部分与电机升降部分分开；

所述电机升降部分包括直流电机(13)、传动杆(15)，直流电机(13)通过传动杆(15)连接测量部分；

所述空心绝缘外壳(3)密封且内部充入氮气，电场传感头(4)分布在空心绝缘外壳(3)的内部，其位置分布由高斯—切比雪夫求积公式确定；

所述直流电机(13)遥控控制，直流电机(13)连接遥控天线(12)，控制信号通过遥控天线(12)进行接收，通过直流电机(13)控制传动杆(15)的升降，使均压环(1)接触被测导线；

以该装置的中轴线为X数轴，高压侧电极(2)、低压侧接地电极(8)之间中点位置为X数轴的原点，以数轴坐标的形式，确定电场传感头(4)的在数轴上的位置；

所述高斯—切比雪夫求积公式：其中为权函数，其中：k＝0,1,…,n，把k＝0,1,2代入得x₁＝0，所述电场传感头(4)分别放在x₁＝0，的位置。