CN107918045B - 一种特高压输电线路非接触式验电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特高压输电线路非接触式验电系统，包括：搭载在无人机上的电场检测装置和位于地面的控制装置，所述电场检测装置包括：信号采集单元，用于对电场信号进行采集，获取电场电流信号；信号处理单元，用于将所述电场电流信号转化为电场电压信号；核心处理单元，用于将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向所述第一报警单元和第二报警单元发送报警指令；控制装置包括：控制单元通过数据通信单元发送控制指令控制无人机的飞行轨迹以及同电场检测装置进行数据传输，利用第二报警单元进行报警。本发明操作简便，安全性高，能够保障验电的准确可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及特高压输电线路电场测量技术领域，并且更具体地，涉及一种特高压输电线路非接触式验电系统及方法。
背景技术
在高压输电线路和高压变电设备检修工作中，需要事先验明其是否带电，以防意外发生。目前输电线路验电方法主要包括两类：
一是直接接触的验电方法，为采用长杆上套装电容型验电器直接接触设备的带电部位进行验电，通过检测流经验电器的电容电流并以灯光及蜂鸣声作为报警提示信号。采用直接接触的电容型验电器，虽然可靠性较高，但用于操作的绝缘杆的长度也随着电压等级的升高而增加，通过长绝缘杆直接接触带电体的验电方式，对于500kV及以上电压等级的验电，存在不宜携带、使用不方便等问题。
二是非接触式的验电方法，验电装置包括：紫外脉冲法感应型验电器、超高频局部放电感应型验电装置、电磁感应型验电装置和地面电场感应型验电器。紫外、局放、电磁感应型验电受环境、天气、线路运行状态等因素影响明显，测量准确性不够。国内外非接触式验电器以测量地面感应电场的原理进行验电，易受到输电导线排列形式、周围线路、铁塔及其它物体影响，在导线下方地面测量时存在测量误区及盲区，适用范围受限、使用条件严苛、操作复杂、抗干扰性差，存在停电误报等问题，大多已经停止使用。
因此，需要一种特高压输电线路非接触式验电系统，能够保障特高压输电线路验电的准确性，解决特高压输电线路验电难题。
发明内容
本发明提供了一种特高压输电线路非接触式验电系统及方法，以解决对现有的特高压输电线路验电不准确的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种特高压输电线路非接触式验电系统，所述系统包括：搭载在无人机上的电场检测装置和位于地面的控制装置，所述电场检测装置包括：信号采集单元、信号处理单元、核心处理单元和第一报警单元，所述控制装置，包括：数据通信单元、控制单元和第二报警单元，
所述信号采集单元，与所述信号采集处理单元的输入端相连接，用于对电场信号进行采集，获取电场电流信号，并将所述电场电流信号发送至信号处理单元；
所述信号处理单元，与所述核心处理单元的输入端相连接，用于将所述电场电流信号转化为电场电压信号，并将所述电场电压信号发送至核心处理单元；
所述核心处理单元，和所述报警单元的输入端相连接，用于将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向所述第一报警单元和第二报警单元发送报警指令；
所述第一报警单元，用于根据所述报警指令进行报警；
所述控制单元通过数据通信单元发送控制指令控制无人机的飞行轨迹以及同电场检测装置进行数据传输，利用第二报警单元进行报警。
优选地，其中所述信号采集单元包括：微机电系统(Microelectro MechanicalSystems，MEMS)电场传感器探头、信号放大模块和信号采集模块，用于利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号。
优选地，其中所述电场检测装置还包括：数据传输单元、显示单元、接口单元和电源单元，
所述数据传输单元，用于将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
所述接口单元，用于和外接设备进行通信；
所述电源单元，用于为第一报警单元提供电源支撑。
优选地，其中所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
优选地，其中所述预设报警阈值为：25kV/m。
根据本发明的另一个方面，提供了一种特高压输电线路非接触式验电方法，所述方法包括：
利用控制装置控制人机的飞行轨迹；
利用信号采集单元对电场信号进行采集，获取电场电流信号；
利用信号处理单元将所述电场电流信号转化为电场电压信号；
利用核心处理单元将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向第一报警单元和第二报警单元分别发送报警指令；
第一报警单元和第二报警单元分别根据所述报警指令进行报警。
优选地，其中所述方法还包括：
利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号。
优选地，其中所述方法还包括：
利用数据传输单元将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
利用接口单元和外接设备进行通信；
利用电源单元为第一报警单元提供电源支撑。
优选地，其中所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
优选地，其中所述预设报警阈值为：25kV/m。
本发明提供了一种特高压输电线路非接触式验电系统及方法，利用地面的控制装置控制无人机的飞行轨迹，通过搭载在无人机上的电场检测装置对电场信号进行检测，并在电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下发送报警指令，进行报警。在整个过程中，作业人员只需操作无人机至指定区域，通过读取报警指示即可判断线路带电情况，操作简便，安全性高，保证验电系统不受环境、天气、线路结构等因素影响，能够保障验电的准确可靠性和安全性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施例的特高压输电线路非接触式验电系统100的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的MEMS电场传感器探头的示意图；
图3为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电系统的电场检测装置的示意图；
图4为根据本发明实施方式的对特高压输电线路进行验电的示意图图；
图5为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电系统的飞行区域的示意图；以及
图6为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电方法600的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施例的特高压输电线路非接触式验电系统100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的特高压输电线路非接触式验电系统，利用地面的控制装置控制无人机的飞行轨迹，通过搭载在无人机上的电场检测装置对电场信号进行检测，并在电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下发送报警指令，进行报警。在整个过程中，作业人员只需操作无人机至指定区域，通过读取报警指示即可判断线路带电情况，操作简便，安全性高，保证验电系统不受环境、天气、线路结构等因素影响，能够保障验电的准确可靠性和安全性。本发明实施方式提供的特高压输电线路非接触式验电系统100包括：搭载在无人机上的电场检测装置101和位于地面的控制装置102。其中，所述电场检测装置101包括：信号采集单元1011、信号处理单元1012、核心处理单元1013和第一报警单元1014。所述控制装置102，包括：数据通信单元1021、控制单元1022和第二报警单元1023。
优选地，所述信号采集单元1011，与所述信号采集处理单元的输入端相连接，用于对电场信号进行采集，获取电场电流信号，并将所述电场电流信号发送至信号处理单元。
优选地，其中所述信号采集单元包括：MEMS电场传感器探头、信号放大模块和信号采集模块，用于利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号。本发明采用MEMS电场传感器探头检测输电线路周围空间电场，其检测准确度高，且不受环境、天气、线路结构等因素的影响。
图2为根据本发明实施方式的MEMS电场传感器探头的示意图。如图2所示，在本发明的实施方式中，内置活动电极以一定的频率震动，感应电极因为电场的作用而产生感应电压，从而在输出端形成特征电信号，并传输至后续处理电路。具体工作原理为：电场传感器探头的屏蔽电极与正负感应电极均为导电的多晶硅材料，当屏蔽电极向右振动，正感应电极会部分暴露于外电场之中，正感应电极上的感应电荷会增加，同时屏蔽电极会遮挡负感应电极的部分面积，负感应电极上的感应电荷会减少，当屏蔽电极周期性振动时，正负感应电极上就会产生大小相同，方向相反的感应电流。
优选地，所述信号处理单元1012，与所述核心处理单元的输入端相连接，用于将所述电场电流信号转化为电场电压信号，并将所述电场电压信号发送至核心处理单元。
优选地，所述核心处理单元1013，和所述报警单元的输入端相连接，用于将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向所述第一报警单元和第二报警单元发送报警指令。优选地，其中所述预设报警阈值为：25kV/m。
优选地，所述第一报警单元1014，用于根据所述报警指令进行报警。
优选地，其中所述电场检测装置还包括：数据传输单元、显示单元、接口单元和电源单元，
所述数据传输单元，用于将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
所述接口单元，用于和外接设备进行通信；
所述电源单元，用于为第一报警单元提供电源支撑。
优选地，其中所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
图3为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电系统的电场检测装置的示意图。如图3所示，本发明实施方式的电场检测装置包括：MEMS电场传感器探头、传感器信号采集模块、传感器信号处理模块、CPU、232分配器、232数据传输单元(Data Terminalunit，DTU)、电源模块、锂电池、指示灯、开关、高亮度报警灯、高分贝蜂鸣器、预留的接口和预留无线收发接口。在本发明的实施方式中，利用MEMS电场传感器探头感应电场信号，在传感器内部感应电极上感应出正负电荷，通过不断的充放电形成交变电流信号，由采集模块采集电场电流信号，并通过信号处理模块进行电压/电流转换，转换为电场电压信号发送至CPU进行处理，CPU读取所述电场电压信号，并将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向所述第一报警单元和第二报警单元发送报警指令。
为了使报警提示可以进行更明显、更具有提示性的报警，上述电场检测装置的第一报警单元和第二报警单元均为声光报警电路，可以通过发光二极管发光或蜂鸣器蜂鸣或二者的组合进行报警，达到及时且明显的提醒工作人员的目的。当电场电压信号大于预设报警阈值时，声光报警电路的高亮度报警灯发光并且高分贝蜂鸣器鸣叫；当电场电压信号小于所述预设报警阈值时，声光报警电路无反应。
232DTU，用于将测量到的电场电压信号转换值串口数据用以显示。
预留的接口和无线收发接口，主要是给后续进步功能的开发留下结构，目前暂时没有通讯对象，但是可以保留比如与北斗卫星定位的通讯等。
优选地，所述控制单元1022通过数据通信单元1021发送控制指令控制无人机的飞行轨迹以及同电场检测装置进行数据传输，利用第二报警单元1023进行报警。
在本发明的实施方式中，利用无人机装载电场检测装置，利用地面的控制装置控制无人机飞行，以及利用控制装置进行数据传输。数据传输包括：控制装置分别和无人机以及传电场检测装置的通讯，通讯数据包括：无人机的控制指令、电场电压信号和报警指令等信号数据。工作人员通过控制装置发出控制指令，由数据传输单元传输至无人机的控制电路，实现无人机的飞行任务。电场检测装置采集到电场电压信号后，输出有电场值数据以及报警控制指令梳理，通过数据传输单元传至控制装置，进行数据的显示，并向报警单元输出报警指令进行报警。
作业人员在导线下方或较远处地面操作非接触式验电系统即可，无需登塔或与带电体接触，无高空坠落或触电危险。
图4为根据本发明实施方式的对特高压输电线路进行验电的示意图图。如图4所示，1为无人机，2为电场检测装置，3为控制装置。通过程序设定电场检测装置的预设报警阈值为25kV/m，工作人员通过控制装置启动无人机，按照如图4规划的区域飞行，无人机运载可由地面工作人员通过控制装置操作，也可由程序设定飞行轨迹及返航；当无人机运载电场检测装置飞行至指定区域后，地面工作人员通过判断传输至控制装置的报警信号，判断线路带电情况；最后，控制无人机运载电场检测装置返航，完成验电作业。图5为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电系统的飞行区域的示意图。如图5所示，无人机飞行区域为输电线路的两侧，为分别距离特高压输电线路15米的地方，飞行区域的宽度为2米。其中，无人机的飞行路线可以预先设定。
图6为根据本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电方法600的流程图。如图6所示，本发明实施方式的特高压输电线路非接触式验电方法600从步骤601处开始，在步骤601利用控制装置控制人机的飞行轨迹。
优选地，在步骤602利用信号采集单元对电场信号进行采集，获取电场电流信号。优选地，其中所述方法601还包括：
利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号。
优选地，在步骤603利用信号处理单元将所述电场电流信号转化为电场电压信号。
优选地，在步骤604利用核心处理单元将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向第一报警单元和第二报警单元分别发送报警指令。
优选地，在步骤605第一报警单元和第二报警单元分别根据所述报警指令进行报警。
优选地，其中所述方法还包括：
利用数据传输单元将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
利用接口单元和外接设备进行通信；
利用电源单元为第一报警单元提供电源支撑。
优选地，其中所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
优选地，其中所述预设报警阈值为：25kV/m。
本发明的实施例的特高压输电线路非接触式验电方法600与本发明的另一个实施例的特高压输电线路非接触式验电系统100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (6)
1.一种特高压输电线路非接触式验电系统，其特征在于，所述系统包括：搭载在无人机上的电场检测装置和位于地面的控制装置，所述电场检测装置包括：信号采集单元、信号处理单元、核心处理单元和第一报警单元，所述控制装置，包括：数据通信单元、控制单元和第二报警单元，
所述信号采集单元，与所述信号处理单元的输入端相连接，用于对电场信号进行采集，获取电场电流信号，并将所述电场电流信号发送至信号处理单元；
所述信号处理单元，与所述核心处理单元的输入端相连接，用于将所述电场电流信号转化为电场电压信号，并将所述电场电压信号发送至核心处理单元；
所述核心处理单元，和所述报警单元的输入端相连接，用于将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向所述第一报警单元和第二报警单元发送报警指令；
所述第一报警单元，用于根据所述报警指令进行报警；
所述控制单元通过数据通信单元发送控制指令控制无人机的飞行轨迹以及同电场检测装置进行数据传输，利用第二报警单元进行报警；
其中，所述信号采集单元包括：MEMS电场传感器探头、信号放大模块和信号采集模块，用于利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号；
其中，所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电场检测装置还包括：数据传输单元、显示单元、接口单元和电源单元，
所述数据传输单元，用于将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
所述接口单元，用于和外接设备进行通信；
所述电源单元，用于为第一报警单元提供电源支撑。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设报警阈值为：25kV/m。
4.一种使用如权利要求1所述的系统进行特高压输电线路非接触式验电的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用控制装置控制人机的飞行轨迹；
利用信号采集单元对电场信号进行采集，获取电场电流信号；
利用信号处理单元将所述电场电流信号转化为电场电压信号；
利用核心处理单元将所述电场电压信号和预设报警阈值进行比较，并在所述电场电压信号大于所述预设报警阈值的情况下，分别向第一报警单元和第二报警单元分别发送报警指令；
第一报警单元和第二报警单元分别根据所述报警指令进行报警；
其中，所述方法还包括：
利用所述MEMS电场传感器探头感应电场信号，并将所述电场电流信号利用信号放大模块进行放大后通过信号采集模块，获取电场电流信号；
其中，所述第一报警单元和第二报警单元为声光报警电路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用数据传输单元将电场电压信号转换为串口数据后通过显示单元进行显示；
利用接口单元和外接设备进行通信；
利用电源单元为第一报警单元提供电源支撑。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设报警阈值为：25kV/m。
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2018
- 2018-01-04 CN CN201810009116.XA patent/CN107918045B/zh active Active
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