CN107703371A - 一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统及方法，包括用于探测混合电场的传感器、通信单元、数据显示单元和接地极板；传感器包括X/Y/Z三轴方向上的接地参考型探头和接地旋转叶片；通信单元包括信号调理电路和Zigbee通信与自组网单元；传感器与数据显示单元之间采用Zigbee方式进行无线通信；数据显示单元，用于对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。本发明能够实现交直流混合架设线路混合电场实时测量及数据分析。
Description
技术领域
本发明涉及交直流输变电工程技术领域，更具体地说，涉及一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统及方法。
背景技术
随着我国超高压和特高压输电线路的不断建设，全国电力系统全国联网、南北互通、西电东送等的实施，以及特高压交流1000kV和直流±800kV相关电网的建设，我国电网交直流并行的输送格局已基本形成。在我国华东、华北及西北地区，由于输电走廊紧缺，目前已经出现了交流输电线路和直流输电线路并行的情况。这种情况下的空间电场受交直流线路耦合作用影响，又与单独的交流线路和直流线路大不相同。测量交直流并行输电线路的混合电场已经成为输电线路电磁环境研究的重要内容。
目前我国还没有详细可执行的交直流并行线路混合电场测量标准，相关的研究也还在逐步开展当中，如何同时对混合电场进行准确测量，对电磁环境的研究起着至关重要的作用。按照《DLT1089-2008直流换流站与线路合成场强、离子流密度测量方法》中对测量仪器中说明通常采用场磨来测量地面合成场强，场磨应使用1m×1m的金属板作为接地参考平面，并将其可靠接地，这种参考接地型板式电极不仅面积大而且十分笨重，给现场测量带来极大的不便；线路下合成场强一般测至距离边导线对地投影外50m处，合成场测量探头无线通信方式易受现场干扰。此外，输电线路下方敏感点往往位于民居、农田之中，有些情况下，空间狭小而不能满足固定大小的铝板进出条件。如何对交直流输电线路混合架设时的电场进行科学、准确的测量已成为行业研究的重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统，包括用于探测混合电场的传感器、通信单元、数据显示单元和接地极板；
所述传感器包括X/Y/Z三轴方向上的接地参考型探头和接地旋转叶片，其中所述接地参考型探头用于工频电场测量，所述接地旋转叶片用于合成电场测量；
所述通信单元包括信号调理电路和Zigbee通信与自组网单元，所述信号调理电路包括滤波电路、交直流转换电路、放大电路，所述滤波电路用于滤除电场信号中的高频信号和低频信号，所述交直流转换电路用于将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，所述放大电路用于将采集的信号放大至伏级；所述Zigbee通信与自组网单元用于在传感器通信中断无法与数据显示单元之间进行数据传输时实现自由组网；
所述传感器与数据显示单元之间采用Zigbee方式进行无线通信；
所述数据显示单元，用于对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。
在上述方案中，所述接地极板由两块折叠连接的0.5m×0.5m×2mm碳纤维板构成，所述碳纤维板的四个角落安装有长度可调的支架及接地端子，用于调整所述碳纤维板的高度及水平度，所述碳纤维板的中部开设有一个与传感器外形尺寸一致的孔，孔对准接地参考型探头。
本发明还提供一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量方法，包括以下步骤：
步骤S010，在交直流混合输电线路下方敏感点位置布置20个传感器，接地极板上的孔对准接地参考型探头；
步骤S020，接地参考型探头测量工频电场，接地旋转叶片测量合成电场，直流合成场和工频电场信号输入至信号调理电路；
步骤S030，滤波电路滤除电场信号中的高频信号和低频信号，交直流转换电路将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，放大电路将采集的信号放大至伏级；
步骤S040，经信号调理电路处理的信号采用Zigbee无线通信方式发送至数据显示单元；
步骤S050，数据显示单元对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。
优选地，在所述步骤S010中，通过碳纤维板四个角落的支架调整其高度及水平度。
优选地，在所述步骤S040中，将第10个传感器设置为全功能节点，在部分传感器与数据显示单元出现通信故障时传感器搜寻全功能节点并请求加入，实现自组网。
实施本发明一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统及方法，具有以下有益效果：
1、本发明交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统的传感器与数据显示单元之间采用Zigbee方式进行无线通信，可进行通信自组网，满足不同测量距离条件下的测量工作。
2、本发明的接地极板采用高度和水平度可调的碳纤维板，碳纤维密度小，加之可折叠，方便测量人员携带，能进出和安装在狭窄场合，高度和水平度可调，使其能适应野外各种恶劣地形。
3、本发明针对现场测试无法满足测量高度要求的情形，可以通过输入测量高度等效换算为标准测量高度，满足不同地形条件下现场测试要求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统的框架示意图；
图2是本发明中接地极板的折叠图；
图3是本发明中接地极板的展开图。
图中：接地端子1，支架2，碳纤维板3。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统，包括用于探测混合电场的传感器、通信单元、数据显示单元和接地极板。
传感器包括X/Y/Z三轴方向上的接地参考型探头和接地旋转叶片，其中，接地参考型探头用于工频电场测量，接地旋转叶片用于合成电场测量。
通信单元包括信号调理电路和Zigbee通信与自组网单元。信号调理电路包括滤波电路、交直流转换电路、放大电路，滤波电路用于滤除电场信号中的高频信号和低频信号，交直流转换电路用于将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，放大电路用于将采集的信号放大至伏级。Zigbee通信与自组网单元以Zigbee通信规约为基础，具有低功耗、双向通信、自由组网等优点。传感器布置距离大于100m时一般易出现通信故障，无法与数据显示单元之间进行数据传输，此时Zigbee通信与自组网单元通过自由组网实现传感器与数据显示单元之间进行数据传输。
传感器与数据显示单元之间采用Zigbee方式进行无线通信，信号发送至数据显示单元后进行分析并保存至数据库。
数据显示单元，用于对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。当测量高度无法满足10cm要求时，可通过试验测得的模型自动校核至10cm情况的电场强度。
如图2所示，接地极板由两块折叠连接的0.5m×0.5m×2mm碳纤维板3构成，碳纤维板3的四个角落安装有长度可调的支架2及接地端子1，用于根据现场测试环境灵活调整碳纤维板3的高度及水平度，碳纤维板的中部开设有一个与传感器外形尺寸一致的孔，孔对准接地参考型探头。两块碳纤维板3的展开图如图3所示。接地极板灵活方便，体积小，重量轻，高度和水平度度可调，便于使用。
本发明还提供一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量方法，包括以下步骤：
步骤S010，在交直流混合输电线路下方敏感点位置布置20个传感器，接地极板上的孔对准接地参考型探头。针对敏感点空间太大且接地极板水平度不高的情形，可以先将电极展开后放置在接地参考型探头的上方，再调整碳纤维板四个角落的支架，使接地极板的高度和水平度符合要求后即可开展测量。针对测量高度无法满足10cm要求的情形，对不同高度电场值自动校核至10cm高度等效电场情况。
步骤S020，接地参考型探头测量工频电场，接地旋转叶片测量合成电场，直流合成场和工频电场信号输入至信号调理电路。
步骤S030，滤波电路滤除电场信号中的高频信号和低频信号，交直流转换电路将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，放大电路将采集的信号放大至伏级。
步骤S040，经信号调理电路处理的信号采用Zigbee无线通信方式发送至数据显示单元。将第10个传感器设置为全功能节点，该全功能节点具备Zigbee协调器的能力，在部分传感器与数据显示单元出现通信故障时传感器通过搜寻全功能节点并请求加入，实现自由组网，使得传感器与数据显示单元之间数据传输恢复正常。
步骤S050，数据显示单元搜索附近的传感器与测量单元，两者匹配之后开始测量与读取数据，对测量次数、时间间隔、测量时间、对地高度等参数进行设置，对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析。数据显示单元还具备电场校核功能，针对测量高度无法满足10cm要求的情形，对不同测量高度进行自动计算与校核，以满足换算至标准测量高度。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统，其特征在于，包括用于探测混合电场的传感器、通信单元、数据显示单元和接地极板；
所述传感器包括X/Y/Z三轴方向上的接地参考型探头和接地旋转叶片，其中所述接地参考型探头用于工频电场测量，所述接地旋转叶片用于合成电场测量；
所述通信单元包括信号调理电路和Zigbee通信与自组网单元，所述信号调理电路包括滤波电路、交直流转换电路、放大电路，所述滤波电路用于滤除电场信号中的高频信号和低频信号，所述交直流转换电路用于将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，所述放大电路用于将采集的信号放大至伏级；所述Zigbee通信与自组网单元用于在传感器通信中断无法与数据显示单元之间进行数据传输时实现自由组网；
所述传感器与数据显示单元之间采用Zigbee方式进行无线通信；
所述数据显示单元，用于对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。
2.根据权利要求1所述的交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统，其特征在于，所述接地极板由两块折叠连接的0.5m×0.5m×2mm碳纤维板构成，所述碳纤维板的四个角落安装有长度可调的支架及接地端子，用于调整所述碳纤维板的高度及水平度，所述碳纤维板的中部开设有一个与传感器外形尺寸一致的孔，孔对准接地参考型探头。
3.一种采用权利要求2所述的交直流混合线路下方敏感点混合电场测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S010，在交直流混合输电线路下方敏感点位置布置20个传感器，接地极板上的孔对准接地参考型探头；
步骤S020，接地参考型探头测量工频电场，接地旋转叶片测量合成电场，直流合成场和工频电场信号输入至信号调理电路；
步骤S030，滤波电路滤除电场信号中的高频信号和低频信号，交直流转换电路将滤波电路输出的交变信号转换为直流信号，放大电路将采集的信号放大至伏级；
步骤S040，经信号调理电路处理的信号采用Zigbee无线通信方式发送至数据显示单元；
步骤S050，数据显示单元对通过通信单元上传的工频分量和直流分量进行实时数据展示与分析，以及对不同测量高度进行自动计算与校核。
4.根据权利要求3所述的一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量方法，其特征在于，在所述步骤S010中，通过碳纤维板四个角落的支架调整其高度及水平度。
5.根据权利要求3所述的一种交直流混合线路下方敏感点混合电场测量方法，其特征在于，在所述步骤S040中，将第10个传感器设置为全功能节点，在部分传感器与数据显示单元出现通信故障时传感器搜寻全功能节点并请求加入，实现自组网。
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