CN106249031A - 工频高压带电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工频高压带电检测装置，包括耦合电容模块、电流采集传感器模块、前处理模块、A/D采集模块、GPRS通讯模块、中央处理器模块、探头位置信息模块及电源模块。所述耦合电容模块及电流采集传感器模块的输出端分别与前处理模块的第一及第二输入端相连，所述前处理模块的输出端与A/D采集模块的输入端相连，A/D采集模块及探头位置信息模块的输出端分别与中央处理器模块的第一及第二输入端相连，中央处理器模块的输出端与GPRS通讯模块的输入端相连，所述前处理模块、A/D采集模块、中央处理器模块、探头位置信息模块以及GPRS通讯模块的电源端均与所述电源模块相连。上述工频高压带电检测装置能检测被测目标高压与载流情况，安全、操作简单、高效精确。

Description

工频高压带电检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别涉及一种工频高压带电检测装置。

背景技术

《国家电网公司电力安全工作规程》明确规定在部分停电的电气设备上工作或停电线路工作地段装接地线前，要先验电，验明设备或线路已断电，再进行其他操作，以防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，检验交、支流高压或者超高压、特高压设备是否带电，关系到运维人员的生命安全，对电力设备及整个电网的安全稳定运行具有重大意义。

验电器是用来检测电力设备上是带电的常用工具之一。当前常见的高压带电验电方法有：分压器与仪表配合法、静电电压表法、铝箔验电法等等。其中一些方法如分压器与仪表配合法、静电电压表法，为人身安全与实现测量功能，需要接地线。这增加了测量过程中的操作复杂性；而且在测量时接地线需要靠近目标高压，极可能导致高压对地放电，引发线-地短路等严重故障，对电力系统正常运行和设备安全构成严重威胁。铝箔验电法方法隔离了高压与大地，不易引发事故，但测量时需要把铝箔靠近甚至接触高压，才能获得目标导体是否带高压，高压幅度不容易精确确定。以上方法在同时针对多个导体时，到底哪个或者哪些导体带高压，需要多次测试，在没有测试之前，测试目标不明确，操作费时。

专利CN204166043U(一种高压带电检测装置)本发明公开一种高压带电检测装置，包括圆盘绝缘子及传感器，所述圆盘绝缘子包括支撑部、绝缘部及内部带电体，支撑部设置在绝缘部上，在绝缘部中嵌入内部带电体；传感器安装在圆盘绝缘子支撑部上，传感器的探头插入圆盘绝缘子绝缘部中。本发明安装简单，传感器可以局部更换而节约成本，且不会引起传感器漏气。专利CN102879628A(一种高压电力系统带电显示检测装置)本发明公开了一种用于强制闭锁装置的带电检测电路，它连接三相高压传感器，所述带电检测电路包括相互连接的一带电显示电路和一定时通电电路，所述带电显示电路接收传感器信号，显示带电状况，输出高、低电平信号给所述定时通电电路。本发明的用于强制闭锁装置的带电检测电路能检测并显示高压带电状况，在确认无高压带电的情况下，驱动强制闭锁装置解锁，提高安全性。专利CN203101474(一种高压电力系统带电显示检测装置)本发明公开了一种电力系统的检测装置，具体涉及一种高压电力系统带电显示检测装置，包括依次连接的传感模块、避雷模块、滤波模块过电压吸收模块、信号转换模块和单片机控制模块。本发明的作用是：实现了对高压、超高压电力系统是否带电进行准确判断，对相应设备进行安全闭锁，可以数字显示电网电压值，并指示是否带电，调试非常简单、直观、准确，具有内部环温调节功能，与主控计算机相连，实现信息远传的功能。保证了电力系统设备与人身安全，保证电力系统的安全运行。专利CN202929096U(感应式高压带电检测装置)本发明所述的感应式高压带电检测装置，涉及一种紧急保护电路装置，特别涉及一种监控高压带电体以保护电力设备的装置。本发明所述的感应式高压带电检测装置，包括感应端子、信号处理电路、信号分析电路、输出电路和报警装置，所述的感应端子、信号处理电路、信号分析电路和输出电路依次连接，报警装置连接在信号分析电路上，所述的装置还包括一个检测电路，该检测电路连接在感应端子和信号分析电路之间。本发明所述的装置，利用检测电路提取感应电极与信号处理电路之间的信号，并将检测结构反馈至信号分析电路中进行分析处理，线路连接正常时可进行常规工作，一旦线路发生故障则进行报警，有效的保障了电力设备和人员的安全。

以上专利均只有粗略的检测高压带电情况并没有对高压带电进行精确的检测，并且对提取的数据需经过计算机进行分析处理。虽然看似方法合理，但依然加大了工作量，效率较低。

本发明不仅安全且便于携带，而且操作简单能高效精确测量高压导体和设备，对电力系统发展具有重大现实意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种安全、操作简单、高效精确测量工频高压带电检测装置。

本发明提供了一种工频高压带电检测装置，包括：耦合电容模块、电流采集传感器模块、前处理模块、A/D采集模块、GPRS通讯模块、中央处理器模块、探头位置信息模块及电源模块；所述耦合电容模块的输出端与前处理模块的第一输入端相连，所述电流采集传感器模块的输出端与前处理模块的第二输入端相连，所述前处理模块的输出端与A/D采集模块的输入端相连，所述A/D采集模块的输出端与中央处理器模块的第一输入端相连，所述探头位置信息模块的输出端与中央处理器模块的第二输入端相连，所述中央处理器模块的输出端与GPRS通讯模块的输入端相连，所述前处理模块的电源端、所述A/D采集模块的电源端、所述中央处理器模块的电源端、所述探头位置信息模块的电源端以及GPRS通讯模块的电源端均与所述电源模块相连；所述耦合电容模块用于现场采集待检测高压输电线的高压电场在一位置处的耦合电荷，并将其传输至前处理模块，所述前处理模块用于将所接收的耦合电荷信号进行放大、滤波、过电压保护前处理，所述电流采集传感器模块用于采集待检测高压输电线的电流，并将其输出至所述前处理模块，再进入A/D采样模块，所述A/D采样模块用于将模拟信号转换为数字信号之后传输至中央处理器模块，所述探头位置信息模块用于测量参考零点位置以及测量整个高压电带电检测装置的空间姿态以及运动轨迹和电场方向，并将测量到的信息传输至中央处理器模块，所述中央处理器模块用于接收来自A/D采样模块的数字信号并进行存储及运算，所述GPRS通讯模块用于通过网络将中央处理器模块的数据发送至控制和测量体系并建立联系及数据库备份。

其中，所述电流采集传感器模块为霍尔传感器模块。

其中，所述中央处理器模块的输入/输出端与人机管理及报警模块的输入/输出端相连，所述人机管理及报警模块用于管理按键与显示电场方向、电压电流。

其中，所述电源模块输出+3.7V、+5.0V、+9V三种电压。

其中，所述耦合电容模块包括三个耦合电容，且两两互相垂直。

其中，所述电流采集传感器模块包括三个耦合电容，且两两互相垂直。

其中，所述中央处理器模块通过以下公式计算待测输电线的实际电压：

U＝E*H，其中qx，qy，qz为所述前处理模块放大后x、y、z轴方向的电荷大小，fx、fy、fz分别是x、y、z轴方向的电场系数，Ex、Ey、Ez为x、y、z轴方向的电场强度分量，E为总的电场强度，H为被测点与地面的垂直高度，U为输电线的实际电压。

本发明所述的高压电带电检测装置可应用于：1)220kv及以上电压等级的电压和电流测量；2)输电线的运行状态诊断，判断是否存在切断等故障；3)检测最大电场方向，为施工人员提供安全保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明工频高压带电检测装置的较佳实施方式的结构框图。

图2是图1中耦合电容模块的示意图。

图3是电荷采集及放大的电路示意图。

图4是利用本发明所述的高压电带电检测装置进行现场检测的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，为本发明所述的一种工频高压带电检测装置的较佳实施方式的结构框图。所述工频高压带电检测装置用于检测高压输电线是否带电。本发明所述的工频高压带电检测装置的较佳实施方式包括耦合电容模块11、A/D采集模块12、前处理模块13、霍尔传感器模块14、GPRS通讯模块15、中央处理器模块16、人机管理及报警模块17、探头位置信息模块18及电源模块19。所述耦合电容模块11的输出端与前处理模块13的第一输入端相连，所述霍尔传感器模块14的输出端与前处理模块13的第二输入端相连，所述前处理模块13的输出端与A/D采集模块12的输入端相连，所述A/D采集模块12的输出端与中央处理器模块16的第一输入端相连。所述探头位置信息模块18的输出端与中央处理器模块16的第二输入端相连，所述中央处理器模块16的输入/输出端与人机管理及报警模块17的输入/输出端相连，所述中央处理器模块16的输出端与GPRS通讯模块15的输入端相连。所述前处理模块13的电源端、所述A/D采集模块12的电源端、所述中央处理器模块16的电源端、所述探头位置信息模块8的电源端以及GPRS通讯模块5的电源端均与所述电源模块19相连。

本实施方式中，所述电源模块19可提供+3.7V、+5.0V、+9V三种电压，以为不同模块供电。所述耦合电容模块11用于现场采集待检测高压输电线在附近空间内某点处的耦合电荷，并将其传输至前处理模块13。所述前处理模块13用于将所接收的耦合电荷信号进行放大、滤波、过电压保护等前处理。所述霍尔传感器模块14用于采集高压输电线的电流，并将其输出至所述前处理模块13，所述前处理模块13将经过处理的信号传输至A/D采样模块12。所述A/D采样模块12用于将模拟信号转换为数字信号之后传输至中央处理器模块16。当然，其他实施方式中，所述霍尔传感器模块14亦可为其他电流采集传感器模块。

所述探头位置信息模块18用于测量参考零点位置和整个高压电带电检测装置的空间姿态以及探头运动轨迹和电场方向，并将测量到的信息传输至中央处理器模块16。所述中央处理器模块16用于接收来自A/D采样模块12的数字信号并进行存储及运算。所述人机管理及报警模块17用于管理按键与显示电场方向、电压电流等带电状态。所述GPRS通讯模块15用于通过网络将中央处理器模块16的数据发送至控制和测量体系并建立联系及数据库备份。

请继续参考图2所示，其为所述耦合电容模块11的示意图。本实施方式中，所述耦合电容模块11主要由三个耦合电容Cx、Cy及Cz构成且两两互相垂直。每一电容极板的大小与距离搭配应合适：极板大电场畸变影响大，极板小采集电荷量少，输出信号弱。

本实施方式中，所述霍尔传感器模块14也主要由三个耦合电容构成且两两互相垂直。

请继续参考图3所示，其为电荷采集及放大的电路示意图，其中Tr为电荷放大器、Tvs1及Tvs2为过电压抑制器。所述耦合电容C采集耦合输电线的地面电荷并将其通过电荷放大器Tr进行放大处理。

请继续参考图4所示，其为利用本发明所述的高压电带电检测装置进行现场检测的示意图，其中标号1为参考零点(电场强度为Ex1、Ey1、Ez1)，标号2为高压电带电检测装置的运动轨迹，标号3为中间任意一点(电场强度为Exk、Eyk、Ezk)，标号4为待采集输电线。

下面将对其工作原理进行说明：

通过所述耦合电容模块11测量输电线的地面电荷以及通过霍尔传感器模块4测量高压输电线的电流。

之后，根据输电线的工频电场的轴对称性以及电荷法的原理，采用直线型电荷等效电线中的自由电荷，直线型电荷的位置位于对应输电导线的中心，并建立三维直角坐标系。建立完三维直角坐标系之后，结合公式：

$\left[\begin{array}{c}{E}_x\\ E_y\\ E_z\end{array}\right]=\[\begin{array}{ccc}{f}_x& f_y& f_z\end{array}\]\left[\begin{array}{c}{q}_x\\ q_y\\ q_z\end{array}\right]$

$E=\sqrt{E_x^2+E_y^2+E_z^2}$

计算输电导线的电压，其中：qx，qy，qz为所述前处理模块3放大后x、y、z轴方向的电荷大小，fx、fy、fz分别是x、y、z轴方向的电场系数，Ex、Ey、Ez为x、y、z轴方向的电场强度分量，E为总的电场强度。

然后再根据公式U＝E*H即可计算出输电线的实际电压，其中H为被测点与地面的垂直高度，U为输电线的实际电压。当输电线与地面间的工频电场强度很小或为零时，则判断该输电线不带；反之，则认为带电。其中，上述公式的计算及处理均由中央处理器模块16完成，其内存储有对应的程序用于进行计算及处理。

本发明所述的工频高压带电检测装置亦可对高压输电线的载流进行计算，计算方式与电压的计算方式相同。

本发明所述的高压电带电检测装置可应用于：1)220kv及以上电压等级的电压和电流测量；2)输电线的运行状态诊断，判断是否存在切断等故障；3)检测最大电场方向，为施工人员提供安全保障。4)本装置还能提供被测目标导体的载流情况。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种工频高压带电检测装置，包括：耦合电容模块、电流采集传感器模块、前处理模块、A/D采集模块、GPRS通讯模块、中央处理器模块、探头位置信息模块及电源模块；所述耦合电容模块的输出端与前处理模块的第一输入端相连，所述电流采集传感器模块的输出端与前处理模块的第二输入端相连，所述前处理模块的输出端与A/D采集模块的输入端相连，所述A/D采集模块的输出端与中央处理器模块的第一输入端相连，所述探头位置信息模块的输出端与中央处理器模块的第二输入端相连，所述中央处理器模块的输出端与GPRS通讯模块的输入端相连，所述前处理模块的电源端、所述A/D采集模块的电源端、所述中央处理器模块的电源端、所述探头位置信息模块的电源端以及GPRS通讯模块的电源端均与所述电源模块相连；所述耦合电容模块用于现场采集待检测高压输电线的高压电场在一位置处的耦合电荷，并将其传输至前处理模块，所述前处理模块用于将所接收的耦合电荷信号进行放大、滤波、过电压保护前处理，所述电流采集传感器模块用于采集待检测高压输电线的电流，并将其输出至所述前处理模块，再进入A/D采样模块，所述A/D采样模块用于将模拟信号转换为数字信号之后传输至中央处理器模块，所述探头位置信息模块用于测量参考零点位置以及测量整个高压电带电检测装置的空间姿态以及运动轨迹和电场方向，并将测量到的信息传输至中央处理器模块，所述中央处理器模块用于接收来自A/D采样模块的数字信号并进行存储及运算，所述GPRS通讯模块用于通过网络将中央处理器模块的数据发送至控制和测量体系并建立联系及数据库备份。

2.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述电流采集传感器模块为霍尔传感器模块。

3.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述工频高压带电检测装置还包括人机管理及报警模块，所述中央处理器模块的输入/输出端与人机管理及报警模块的输入/输出端相连，所述人机管理及报警模块用于管理按键与显示电场方向、电压电流。

4.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述电源模块输出+3.7V、+5.0V、+9V三种电压。

5.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述耦合电容模块包括三个耦合电容，且两两互相垂直。

6.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述电流采集传感器模块包括三个耦合电容，且两两互相垂直。

7.如权利要求1所述的工频高压带电检测装置，其特征在于：所述中央处理器模块通过以下公式计算待测输电线的实际电压：

U＝E*H，其中qx，qy，qz为所述前处理模块放大后x、y、z轴方向的电荷大小，fx、fy、fz分别是x、y、z轴方向的电场系数，Ex、Ey、Ez为x、y、z轴方向的电场强度分量，E为总的电场强度，H为被测点与地面的垂直高度，U为输电线的实际电压。