CN107918063B - 一种合成电场测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种合成电场测量系统，包括：至少一个电场传感器，用于检测待测电场强度并输出模拟电压信号；数据采集单元，用于将所述模拟电压信号转换为第一数字信号，并将其发送至光纤数据传送单元；光纤数据传送单元，用于将所述第一数字信号转换为光脉冲，并将其通过光纤发送至光纤数据接收单元；光纤数据接收单元，用于将所述光脉冲转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号发送至上位机；供电单元。本发明所提供的技术方案中，数据传输采用光纤线路，使得传输线路的抗干扰能力强、传输的有效距离大，可满足远距离测量要求，减少数据传输过程中的误差或错误。尤其适合于高电压环境下的电场测量，实现高低压隔离。

Description

一种合成电场测量系统

技术领域

本发明涉及电力测量系统技术领域，具体地，为一种合成电场测量系统。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，各个行业对电力的需求不断加大。我国的发电能源与用电需求在地理位置上极度不平衡，国家电网公司根据我国国情提出了加快发展交直流特高压电网的重大战略举措。特高压输电可以实现远距离、大容量传输电能，适合大区电网互联。随着特高压输电线路的建设，其特高压电磁环境对周围设备以及生物的影响也越来越多地引起人们的关注。其中地面合成电场强度就是评价特高压直流输电线路下电磁环境干扰的重要指标之一。

当直流输电线路导线表面电场强度大于起始电晕电场强度时，靠近导线表面的空气发生电离，电离产生的空间电荷将沿电力线方向运动。对于双极直流输电线路，整个空间大致可分为三个区域：正极导线与地面之间的区域充满正离子；负极导线与地面之间区域充满负离子；正负极导线之间区域正负离子同时存在。这些空间电荷将造成直流输电线路所特有的一些效应：空间电荷本身产生电场，它将大大加强由导线电荷产生的电场；空间电荷在电场作用下运动，形成离子电流；由极导线向大地流动的离子电流，遇到对地绝缘的物体，将附着在该物体上形成物体带电现象，可能引起暂态电击。直流输电线路下的空间电场由两部分合成：一部分由导线所带电荷产生，这种场与导线排列的几何位置有关，与导线的电压成正比，通常称之为静电场或标称电场；另一部分由空间电荷产生。这两部分电场的向量叠加，称为合成电场。合成电场的大小主要取决于导线电晕放电的严重程度。

公开号为CN101188059A的中国专利，公开了一种直流合成电场测量系统，它包括一组直流场强仪，通过信号电缆与信号采集处理装置连接，采集处理装置中设有A/D转换模块，通过网线双向连接于控制及信号显示装置。以及，公开号为CN102928701A的中国专利，公开了一种用于直流输电下离子流场分布特性测量的测量系统，包括电场强度传感器、气象参数传感器和多通道实时同步控制装置，所述的直流电场强度传感器、离子流收集传感器和气象参数传感器均匀分布在测量现场，所述的多通道实时同步控制装置分别连接直流电场强度传感器、离子流收集传感器和气象参数传感器，实时接收直流电场强度传感器、离子流收集传感器和气象参数传感器采集的数据，该发明具有可实现多参数多通道实时测量、测量精度高等优点。

上述两个专利存在以下问题：均采用电通信方式传输数据，在特高压线下方的复杂电磁环境中，丢包率和误码率较高。对于电通信系统，考虑到复杂电磁环境影响下，无线通信和有线电通信系统等都容易受到干扰，再加上实验数据传回测量室的距离可能比较远，因此，电通信系统极易出现数据的错误传输，从而使得测量结果出现误差甚至错误。另外，位于复杂电磁环境中的测量电路很容易将高压电引导低压测量端，可能会操作人员和设备造成安全威胁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合成电场测量系统，减少数据传输过程中的误差或错误，同时实现高低压之间的隔离。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种合成电场测量系统，包括：

至少一个电场传感器，用于检测待测电场强并转换为模拟电压信号，并将其发送至数据采集单元；

数据采集单元，用于将接收到的所述模拟电压信号转换为第一数字信号，并将其发送至光纤数据传送单元；

光纤数据传送单元，用于将接收到的所述第一数字信号转换为光脉冲，并将其通过光纤发送至光纤数据接收单元；

光纤数据接收单元，用于将接收到的所述光脉冲转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号发送至上位机；

供电单元，用于给所述电场传感器、数据采集单元和光纤数据传送单元供电。

进一步地，所述数据采集单元包括与所述电场传感器一一对应的A/D转换电路和通信模块，所述A/D转换电路将所述模拟电压信号转换为第一数字信号，所述第一数字信号通过所述通信模块传输到所述光纤数据传送单元。

进一步地，所述电场传感器悬空设置，并位于高电位端。

进一步地，还包括与所述电场传感器一一对应的安装座，用于放置所述电场传感器。

进一步地，所述安装座为圆环形，所述电场传感器下部为圆球形，所述电场传感器的下部卡设于所述安装座的内圈中。

进一步地，所述上位机由测控计算机和上位机软件构成，用于解析、显示和保存所述第二数字信号。

进一步地，所述电场传感器用于截取待测量环境中的合成场强，并将得到的电场信号通过所述电场传感器内部的信号调理电路转换为所述数据采集单元可采集的所述模拟电压信号。

进一步地，所述上位机软件用于根据存储于其中的所述电场传感器的配置参数以及所述第二数字信号计算出待测电场强。

本发明提供的合成电场测量系统，使用光纤传输数据，具有如下优点：

1.本发明结合光纤通信技术的稳定传输特性，可以达到如传输特高压合成电场数据等应用领域所要求的数据实时可靠传输标准；

2、本发明尤其适合于高电压环境下的电场测量，完美实现高压侧测量与低压侧数据保存和处理的隔离，最大程度地保障低压侧设备和人身安全。

3.本发明所提供的技术方案中，数据传输采用光纤线路，使得传输线路的抗干扰能力强、传输的有效距离大，可满足远距离测量要求，减少数据传输过程中的误差或错误；

4.本发明的系统简化了数据采集、数据传输等的硬件设计，降低了制作成本。

附图说明

图1是本发明合成电场测量系统的结构示意图；

图2是本发明合成电场测量系统中电场传感阵列与数据采集单元连接示意图；

图3是本发明合成电场测量系统中电场传感器悬浮测量的结构示意图；

图4是本发明合成电场测量系统中电场传感器固定组件的俯视图；

图5是本发明合成电场测量系统中上位机软件功能图。

图中，1.支架，2.电场传感器，3.挂钩，4.安装座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种合成电场测量系统，如图1和图2所示，包括：

电场传感阵列，包括至少一个电场传感器，用于检测待测电场强度并输出模拟电压信号。电场传感器截取待测量环境中的合成场强，并将得到的电场信号通过电场传感器内部的信号调理电路转化为数据采集单元可采集的模拟电压信号。所述电场传感阵列由多个电场传感器组成，按照实际测量要求可灵活的选择传感器数目和安装位置。本实施例中，在所述实际电晕笼测量环境中，采用5个所述传感器一组，每隔2米按图4所示方式布置单个电场传感器，从而完成所述电场传感阵列的安装。电场传感器的相关参数如下：直流测量范围为-80～+80kV/m；交流测量范围为0～30kV/m；测量不确定度为±5％；操作/存储温度为-10～+40℃；湿度为0％～100％；尺寸为90mm×90mm×90mm；重量为0.5kg；功耗为0.5W；

数据采集单元，用于将所述模拟电压信号转换为第一数字信号，并将其发送至光纤数据传送单元；

光纤数据传送单元，用于将所述第一数字信号转换为光脉冲，并将其通过光纤发送至光纤数据接收单元；

光纤数据接收单元，用于将所述光脉冲转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号通过串口转USB传输到上位机；

供电单元(图未示)，用于给所述电场传感器、数据采集单元和光纤数据传送单元供电。

所述合成电场测量系统采用光纤通信方式，实现了光纤与电场测量的合成，抗电磁干扰能力强，且传输距离远，与无线和其他有线电通信方式相比，具有较多优势。

本实施例的一可选实施方式中，如图2所示，所述数据采集单元包括与所述电场传感器一一对应的A/D转换电路和通信模块，所述A/D转换电路将所述模拟电压信号转换为第一数字信号，所述第一数字信号通过所述通信模块传输到所述光纤数据传送单元。所述数据采集单元具有多通道同步采集功能，完成电场传感阵列的数据同步采集功能。数据采集单元多通道同步采集电场传感阵列的信号，采集得到的数据同时刻性好，保证了后期数据分析的结果准确。

本实施例的一可选实施方式中，如图3所示，电场传感器2悬空设置，并位于高电位端。考虑到复杂电磁环境特殊的电场测量环境，因此设计的合成电场测量系统要适合复杂的测量环境，因此所述合成电场测量系统采用悬浮测量方法，与地面布置电场传感器测量相比，能够减少地面干扰电场的影响，提高所述合成电场测量系统的精度。

本实施例的一可选实施方式中，如图4所示，还包括与电场传感器2一一对应的安装座4，用于放置电场传感器2。

本实施例的一可选实施方式中，如图4所示，所述安装座4为圆环形，所述电场传感器下部为圆球形，所述电场传感器的下部卡设于所述安装座的内圈中，安装座4通过挂钩3固定于支架1上。安装座4采用圆环形结构替代原有的三爪式底座，三爪式底座更适用于在地面布置传感器，而由于在复杂电磁环境中测量时，所述合成电场测量系统采用悬浮测量方法，而圆形底座结构能够使传感器在悬浮时更好的保持竖立姿态，减小由于传感器姿态变化而产生的测量误差。

本实施例的一可选实施方式中，如图5所示，所述上位机由测控计算机和上位机软件构成，完成数据的收发、解析、显示和保存。所述上位机软件中存储电场传感阵列中各电场传感器的配置参数，利用采集得到的模拟电压值和所述电场传感器的配置参数解算得到该传感器测量的电场强度值。上位机主要功能分为传感器参数管理和数据采集管理两部分。传感器参数管理包括通道-传感器-位置映射和标定系数录入和加载两部分，其中通道-传感器-位置映射实现采集模块通道、传感器编号和传感器测量位置的一一对应，这样设计可以灵活适应实际测量当中传感器可能出现的问题；标定系数录入和加载功能主要是因为当电场传感器使用一段时间后，传感器的元器件老化、电阻阻值变化等将导致传感器标定系数发生变化，为了保证采集数据的准确性，需要在采集数据前获得传感器的标定系数，并且在程序中进行更新；数据采集管理主要包括量程、采集周期设置、数据采集存储和数据图表显示等功能。数据可以多样化显示，包括通过表格形式进行分布式数据显示，以及通过柱状图进行分布式图形显示，可以让用户掌握每一个位置对应的电场强度精确值。数据的实时存储要求程序必须有后台数据库进行支撑，在数据采集结束之后，用户可以对离线的数据库文件进行分析。

本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种合成电场测量系统，其特征在于，包括：

电场传感阵列，包括至少一个电场传感器，用于检测待测电场强并转换为模拟电压信号，并将其发送至数据采集单元；

数据采集单元，用于将接收到的所述模拟电压信号转换为第一数字信号，并将其发送至光纤数据传送单元；

光纤数据传送单元，用于将接收到的所述第一数字信号转换为光脉冲，并将其通过光纤发送至光纤数据接收单元；

光纤数据接收单元，用于将接收到的所述光脉冲转换为第二数字信号，并将所述第二数字信号发送至上位机；

供电单元，用于给所述电场传感器、数据采集单元和光纤数据传送单元供电；

所述电场传感器、数据采集单元、光纤数据传送单元和供电单元悬空设置，并位于高电位端；

还包括与所述电场传感器一一对应的安装座，用于放置所述电场传感器；

所述安装座为圆环形，所述电场传感器下部为圆球形，所述电场传感器的下部卡设于所述安装座的内圈中；

所述电场传感阵列由多个电场传感器组成，按照实际测量要求可灵活的选择传感器数目和安装位置。

2.如权利要求1所述的合成电场测量系统，其特征在于，所述数据采集单元包括与所述电场传感器一一对应的A/D转换电路和通信模块，所述A/D转换电路将所述模拟电压信号转换为第一数字信号，所述第一数字信号通过所述通信模块传输到所述光纤数据传送单元。

3.如权利要求1所述的合成电场测量系统，其特征在于，所述上位机由测控计算机和上位机软件构成，用于解析、显示和保存所述第二数字信号。

4.如权利要求1所述的合成电场测量系统，其特征在于，所述电场传感器用于截取待测量环境中的合成场强，并将得到的电场信号通过所述电场传感器内部的信号调理电路转换为所述数据采集单元可采集的所述模拟电压信号。

5.如权利要求3所述的合成电场测量系统，其特征在于，所述上位机软件用于根据存储于其中的所述电场传感器的配置参数以及所述第二数字信号计算出待测电场强。