CN106353581A - 基于电光效应的高压验电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电光效应的高压验电器，包括电场强度传感模块、信号变换及预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、报警模块、电源模块及L‑GPS定位模块。上述基于电光效应的高压验电器，通过检测L‑GPS定位模块高精度定位的参考零点与高压检测点参考相对路径上各点的电场强度，计算出传感模块处的高压电力线来源方位，指出哪些导体带电，并高压带电报警；如果对各点向量叠加，推算出目标带电导体相对参考零点的电压，给出目标导体高压带电等级；该验电器能检测导体是否带交或则带直流高压，带高压目标导体方位等，而且干扰少、更安全。

Description

基于电光效应的高压验电器

技术领域

本发涉及高压验电器，特别涉及一种基于电光效应的高压验电器。

背景技术

验电器是用来检测电力设备上是带电的常用工具之一。《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。

当前常见的高压带电体验电方法有：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。

针对以上不足之处，发明了一种能测量空间中任意点处高压电场幅度及方位、带电高压等级等的基于电光效应的高压直流验电器，这既减轻了工作量，操作又方便、直观。对保障运维人员的生命安全，提高电力设备及整个电网的安全稳定具有重大意义。

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：提供一种能测量空间中任意点处高压电场幅度及方位、带电高压等级等的基于电光效应的高压验电器。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供的一种基于电光效应的高压验电器，包括：电场强度传感模块、信号变换及预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及报警模块、电源模块及L-GPS定位模块，所述电场强度模块与信号变换及预处理模块相连，所述信号变换与预处理模块还与数据处理模块及数据采集模块相连，所述数据处理模块还与显示及报警模块、L-GPS定位模块相连，所述电源模块与电场强度传感模块、信号变换及预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及报警模块及L-GPS定位模块相连；所述电场强度传感模块用于输出三个对应于三维直角坐标下三轴方向的电场信息的电信号，所述信号变换与预处理模块用于将电场强度传感模块所输出的电信号进行预处理，并将其输出至数据采集模块以进行A/D采样，所述L-GPS定位模块用于测量被测空间内目标测量点的位置，所述数据处理模块把验电器探头所在的各点的姿态信息、位置信息与电场强度信息，获得电力线的来源方向或高压带电体的方位信息、或者指出哪些导体带高压，同时进行带电报警；在测试过程中，可以检测相对参考零点与目标高压导体空间之间各空间点的电场信息，再进行向量叠加计算，合成处理，最终获得高压带电体的高压等级。

其中，所述电场强度传感模块包括三个光检测单元，所述三个光检测单元分别位于X、Y、Z轴上且相互垂直。

其中，每一光检测单元包括激光器、透镜、光电转换器、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体、检偏器、光电转化器，所述激光器发出稳定并且无偏振的并与折射晶体对应的特定波长的激光，激光依次通过透镜、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体以及检偏器后，照射到光电转化器上。

其中，所述数据处理模块为高分辨率CCD，其用于对信号变换与预处理模块的信号进行分析，以获得折射光强度分布、位置变化信息，并通过光路结合关系推导出被探测空间的电场分布。

其中，所述折射晶体为Pockels晶体。

进一步的，所述基于电光效应的高压验电器还包括自检保护电路，所述自检保护电路与数据处理模块及电源模块相连。

进一步的，所述基于电光效应的高压验电器还包括一GPRS无线通讯模块，所述GPRS无线通讯模块与数据处理模块及电源模块相连，所述GPRS无线通讯模块用于将测量结果通过无线通讯方式传输至工作站存储备份。

本发明提供的验电器通过检测L-GPS定位模块高精度定位的参考零点与高压检测点参考相对路径电场强度，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了邻近被测设备的带电体干扰导致检测结果重复性不好、准确度不高的难题，更有效、更准确、更可靠的检测出电气设备是否带电以及带电幅度，适用于现有直流高压设备以及新型超高压设备，可以广泛应用于现有电压等级的电力设备或电缆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明基于电光效应的高压验电器的较佳实施方式的结构示意图。

图2是本发明基于电光效应的高压验电器的较佳实施方式的方框图。

图3是图2中电场强度传感模块的的较佳实施方式的示意图。

图4是本发明基于电光效应的高压验电器中光检测单元的较佳实施方式的示意图。

图5是本发明基于电光效应的高压验电器的工作原理流程图。

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。

如图1所示，其为本发明所述的基于电光效应的高压验电器的示意图，所述基于电光效应的高压验电器的较佳实施方式整体呈一长条状，其包括绝缘手柄1、可伸缩绝缘棒5及触头9，所述绝缘手柄1及触头9分别连接于可伸缩绝缘棒5的两端。所述绝缘手柄1上设置有开始检测按钮2、结束检测按钮3及自检开关4，所述可伸缩绝缘棒5上靠近触头9的一端设置有内部传感单元7及L-GPS接收器8。所述内部传感器单元7包括电场强度传感模块、信号变换与预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及声光报警模块、电源模块、自检保护电路、L-GPS定位模块及GPRS无线通讯模块，具体将在下面进行详细说明。

请继续参考图2所示，其为本发明所述的基于电光效应的高压验电器的方框图，所述基于电光效应的高压验电器包括电场强度传感模块、信号变换与预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及声光报警模块、电源模块、自检保护电路、L-GPS定位模块及GPRS无线通讯模块。

所述电场强度传感模块由封装在屏蔽层中的分别位于三维坐标系下X、Y、Z轴上的光检测单元组成。所述电场强度传感模块用于输出三个电信号，所述三个电信号对应三维直角坐标下三轴方向的电场信息。具体的，所述电场强度传感模块采用Pockels晶体在电场作用下使光发生双折射的原理工作，它由X、Y、Z三维坐标下三个相互垂直的光检测单元构成（如图3所示），所述光检测单元通过光路几何关系以及光强强度变化推导出被探测空间的电场分布，电场强度传感模块将输出三个电信号，三个电信号对应三维直角坐标下三轴方向的电场信息。

请进一步参考图4所述，每一光检测单元包括激光器、透镜、光电转换器、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体、检偏器、光电转化器。本实施方式中，所述折射晶体采用Pockels晶体。所述激光器发出稳定并且无偏振的并与折射晶体对应的特定波长的激光，激光由光纤输入，依次通过透镜、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体以及检偏器后，照射到光电转化器上，之后输出到所述信号变换与预处理模块。具体的，所述光检测单元中的激光器输出的激光先射入分光镜，其透射光后入射到折射晶体，最后照射到光电转化器上，所述光电检测单元处的电场发生变化，在折射晶体的光入射和出射两界面将发生双折射的现象，激光信号输出发生变化，所述光电转化器处的电压信号对应电场信息。

所述信号变换与预处理模块用于将电场强度传感模块所输出的电信号进行预处理，依次进行前置滤波、放大等处理，使其适合后级的数据采集模块进行A/D采样。所述数据处理模块采用高分辨率CCD，用于对信号变换与预处理模块的信号进行分析，获得折射光强度分布、位置变化等信息，并由光路集合关系推导出被探测空间的电场分析。

所述显示及声光报警模块用于显示当前的电压测量值，并依据预定值对出现的危险电压进行声光报警。所述电源模块用于为整个系统提供电源。所述自检保护电路为系统的可靠性和可能出现的电压提供过电压保护。所述L-GPS定位模块用于测量目标测量点的位置，依据L-GPS定位验电器设备所处不同位置，定位参考点高压点验电器移动轨迹，依据不同测量点电场强度路径，还原测量电压大小。所述GPRS无线通讯模块用于将当前系统状态、测量结果等通过无线通讯方式远传到工作站存储备份，以便于以后分析。当然，其他实施方式中，所述显示及声光报警模块亦可采用其他方式进行报警，即可为其他报警模块。

请继续参图4所示，其为本发明所述的基于电光效应的高压验电器的工作原理示意图。所述基于电光效应的高压验电器的工作原理如下：

所述自检保护电路首先进行系统自检，若自检电路不能工作，整个验电器则立刻停止工作并查询原因；若自检通过，整个验电器则进行正常检测。当自检电路正常后按下开始检测按钮开始检测，所述L-GPS定位模块定位参考电位0点信号的位置，所述电场强度传感模块采集三维坐标下不同方向电场分量Ex、Ey、Ez。

之后，移动整个验电器至被测带电体附近的检测电位终点。所述数据处理模块则综合电场大小分布及L-GPS定位模块所定位到的定位数据，依据L-GPS定位模块定位验电器设备所处的不同位置，定位参考点高压点验电器移动轨迹，确定不同测量点电场强度路径、合成电场强度方向，根据电场、电压的同步性还原测量电压大小，由处理器根据处理后的数据进行被测设备带电与否的判断。所述显示及声光报警模块显示当前电压测量值，并依据预定值对出现的危险电压进行声光报警，并通过GPRS无线通讯模块进行GPRS无线数据传送，把当前系统状态、测量等结果通过无线通讯方式远传到工作站存储备份。

本发明所述的基于电光效应的高压验电器提供了一种高压直流非接触式验电器，其利用Pockels晶体在电场中双折射效应原理，采用特殊设计三维电场强度传感器阵列，通过L-GPS定位模块定位整个验电器设备所处不同位置、姿态、电场强度信息，获得电力线的来源方向或高压带电体的方位信息、或者指出哪些导体带高压，同时进行带电报警；定位验电器参考零点与被测带电设备的检测高压点之间相对参考距离上验电器的移动轨迹，依据定位路径使用特制的电场强度传感器测量不同点电场强度；根据电场电压同步性量化计算参考电位零点与检测电位终点轨迹电场电压变化，数据处理处理模块对比分析所采集的电信号，与基准值比较的方式来检测被测物体是否带电，实现带电设备的电压测量。适用于高压直流输电工程中带电设备带电状态检测，起到安全保护的作用。

本发明的有益效果是：验电头传感单元采用特殊的三维电场强度传感阵列模块，能测量空间中任意点处高压的三维分量，可以明确高压的来源，或者哪些导体带高压；同时可以比较容易获得参考电位零点到被测高压导体在空间上相对路径上各点处的电场分布，通过计算得到带电高压等级，这样操作安全、方便、直观。L-GPS高精度定位的参考0点与高压检测点参考相对路径电场强度，有效地排除了邻近带电设备的干扰，解决了邻近被测设备的带电体干扰导致检测结果重复性不好、准确度不高的难题，GPRS无线报警数据传输方式，其独立的无线传输的方式增强了直流验电信号传输的安全性和可靠性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于电光效应的高压验电器，包括：电场强度传感模块、信号变换及预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及报警模块、电源模块及L-GPS定位模块，所述电场强度模块与信号变换及预处理模块相连，所述信号变换与预处理模块还与数据处理模块及数据采集模块相连，所述数据处理模块还与显示及报警模块、L-GPS定位模块相连，所述电源模块与电场强度传感模块、信号变换及预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及报警模块及L-GPS定位模块相连；所述电场强度传感模块用于输出三个对应于三维直角坐标下三轴方向的电场信息的电信号，所述信号变换与预处理模块用于将电场强度传感模块所输出的电信号进行预处理，并将其输出至数据采集模块以进行A/D采样，所述L-GPS定位模块用于测量被测空间内目标测量点的位置，所述数据处理模块用于对由所述信号变换与预处理模块所输出的电信号以及L-GPS定位模块进行分析，以得出被探测空间的电场分析，所述数据处理模块用于对由所述信号变换与预处理模块所输出的电信号以及目标测量点的位置信息进行分析，以得出被探测空间的电场分析，所述显示及报警模块用于显示当前的电压测量值。

2.如权利要求1所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述电场强度传感模块包括三个光检测单元，所述三个光检测单元分别位于X、Y、Z轴上且相互垂直。

3.如权利要求2所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：每一光检测单元包括激光器、透镜、光电转换器、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体、检偏器、光电转化器，所述激光器发出稳定并且无偏振的并与折射晶体对应的特定波长的激光，激光依次通过透镜、分光器、起偏器、1/4波片、折射晶体以及检偏器后，照射到光电转化器上。

4.如权利要求3所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述数据处理模块为高分辨率CCD，其用于对信号变换与预处理模块的信号进行分析，以获得折射光强度分布、位置变化信息，并通过光路结合关系推导出被探测空间的电场分析。

5.如权利要求3所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述折射晶体为Pockels晶体。

6.如权利要求1所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：还包括自检保护电路，所述自检保护电路与数据处理模块及电源模块相连。

7.如权利要求1所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：还包括一GPRS无线通讯模块，所述GPRS无线通讯模块与数据处理模块及电源模块相连，所述GPRS无线通讯模块用于将测量结果通过无线通讯方式传输至工作站存储备份。

8.如权利要求1所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述基于电光效应的高压验电器整体呈长条状，其包括绝缘手柄、可伸缩绝缘棒及触头，所述绝缘手柄及触头分别连接于可伸缩绝缘棒的两端。

9.如权利要求8所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述绝缘手柄上设置有开始检测按钮、结束检测按钮及自检开关。

10.如权利要求8所述的基于电光效应的高压验电器，其特征在于：所述可伸缩绝缘棒上靠近触头的一端设置有内部传感单元及L-GPS接收器，所述内部传感器单元包括电场强度传感模块、信号变换与预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示及报警模块、电源模块、L-GPS定位模块。