CN108333490A - 一种基于激光的交流特高压验电装置及方法 - Google Patents

一种基于激光的交流特高压验电装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于激光的交流特高压验电装置及方法，包括主机、望远镜、声波检测模块、激光测距模块。所述主机内置处理器模块，所述声波检测模块包括声波接收器，声波接收器通过信号处理模块连接主机。所述激光测距模块包括激光发射器、激光接收器，激光发射器连接主机，激光接收器通过信号放大模块连接主机；激光发射器用于发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器接收反射回来的激光。所述望远镜用于观察输电导线上是否有电晕放电现象。本发明方法具备可靠强、使用灵活的优点；本发明装置验电过程简单，携带方便。

Description

一种基于激光的交流特高压验电装置及方法
技术领域
本发明涉及特高压输电线路验电技术领域，具体是一种基于激光的交流特高压验电装置及方法。
背景技术
随着超特高压输电线路的建设，带电作业技术是确保线路可靠性的重要技术手段，为了确保作业人员的安全，对线路的验电是重要的技术手段。特高压输电线路和特高压变电设备在带电和停电检修时需要验明是否带电，以防意外发生。根据《电业安全工作规程》中的规定，在全部停电或部分停电的电气设备上工作，必须采取停电、验电、装设接地线、悬挂标示牌和装设遮栏的技术措施。并对验电的操作方法和步骤做出了严格的规定。目前在高压及超高压电压等级上，国内外采用的方式多为长杆上套装电容型验电器进行验电，由于直流对电容没有电流，因而这种方式并不适合直流输电线路。另外由于这些线路间隙大，绝缘操作杆长，重量很重，在塔上验电操作困难，因而非接触式验电方式就具有明显的优势，现有的用于实现非接触式验电方式的验电装置主要包括以下几种：
(1)：基于紫外脉冲法的感应型(非接触式)验电器。通过高精度的紫外线光谱仪，记录带电设备局部放电过程中的紫外线以及带电设备表面电晕和辐射，然后进行数据的分析及处理，从而达到验明设备带电的目的。这种方式受天气等影响影响明显，在导线不放电的情况下则失效。
(2)：超高频局部放电感应型(非接触式)验电器。依靠检测带电设备在一定时间内因局部放电产生的超高频(350MHz～2900MHz)电磁脉冲的强度和数量的原理，来验明设备带电于否。其优缺点与紫外脉冲法较为相似。但需要指出的是，该原理的感应型(非接触式)验电器在雾、雪、雨等恶略天气下使用效果比晴天时使用效果要好，而且该设备造价较低。
(3)：基于电磁感应法的感应型(非接触式)验电器。电磁感应法的感应型(非接触式)验电器是根据带电设备的周围空间存在电场的原理，通过检测设备周围空间有无电场来判断设备带电与否。Pockesl效应法与平行板电容法是如今常用的电场测量方法。这些装置体积大、维护量大并且容易受周围电场的影响。
发明内容
本发明的目的在于：通过对现有特高压输电线路验电方式和需求分析，基于激光的热效应和导线表面放电的声波型号，而提出了一种基于激光的交流特高压验电装置及方法，该方法具备可靠强、使用灵活的优点；该装置验电过程简单，携带方便。
本发明采取的技术方案为：
一种基于激光的交流特高压验电装置，包括主机、望远镜、声波检测模块、激光测距模块。
所述主机内置处理器模块，主机上设置有触摸显示屏、温度传感器，所述处理器模块分别连接触摸显示屏、温度传感器。
所述声波检测模块包括声波接收器，声波接收器通过信号处理模块连接主机；
所述激光测距模块包括激光发射器、激光接收器，
激光发射器连接主机，激光接收器通过信号放大模块连接主机；
激光发射器用于发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器接收反射回来的激光；
所述望远镜用于观察输电导线上是否有电晕放电现象。
所述激光发射器采用光纤激光器，光纤激光器能加热100-200米范围内输电线路上一个小的区域。
所述声波检测模块的接收口与激光发射器的指向的方向相同。
所述主机安装在云台上，所述望远镜、声波检测模块、激光测距模块通过支撑杆安装固定。
所述主机连接海拔测量仪。
本发明一种基于激光的交流特高压验电装置及方法，技术效果如下：
1、本发明的验电方法快捷高效，不需要爬上杆塔近距离验电，十分钟之内就能完成验电，同时可以节省大量的时间和劳力。
2、本发明验电过程简单，携带方便，一个人即可完成整个验电过程；这种方法非常的安全，不需要近距离接触高压输电线路，免去进入高压电场和触电的危险。
3、本发明适用在多种环境中，因为考虑了多种环境因素如温度、海拔高度、分裂导线分裂数，空气流速，测量点与输电导线的距离。
4、本发明计算非常准确，它考虑了激光加热过程中各种能量损失的因素。
附图说明
图1为本发明装置的安装示意图。
图2为本发明装置的模块连接示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种基于激光的交流特高压验电装置，包括主机1、望远镜3、声波检测模块、激光测距模块。
所述主机1内置处理器模块，主机1上设置有触摸显示屏4、温度传感器5，所述处理器模块分别连接触摸显示屏4、温度传感器5；
所述声波检测模块包括声波接收器6，声波接收器6通过信号处理模块连接主机1；
所述激光测距模块包括激光发射器9、激光接收器10，
激光发射器9连接主机1，激光接收器10通过信号放大模块连接主机1；
激光发射器9用于发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器10接收反射回来的激光；
所述望远镜3用于观察输电导线上是否有电晕放电现象。
所述激光发射器9采用光纤激光器，光纤激光器能加热100-200米范围内输电线路上一个小的区域。
所述声波检测模块的接收口与激光发射器9的指向的方向相同。
所述主机1安装在云台2上，所述望远镜3、声波检测模块、激光测距模块通过支撑杆7安装固定。支撑杆7为可折叠，方便携带和运输。望远镜3为可调焦距望远镜，可根据验电器距离输电导线的距离手动调焦。云台2的支架为铝合金材料，可收缩，存放和运输过程可节省空间，而且云台为可拆卸。
所述主机1连接海拔测量仪8。海拔测量仪8采用RE01-M284502海拔测量仪。
所述触摸显示屏4，可显示，也可以触摸控制，控制激光器的出光功率，显示内容包括环境温度、电源电量、海拔高度、声波检测模块接收的声波信号、激光测距模块的运行状态。
所述主机1采用工业计算机。
本发明验电方法：利用激光加热输电掉线，激发输电导线产生电晕，再利用声波检测装置接收电晕产生的的声波信号，能检测到对应的信号，则证明输电导线带电。
本发明验电算法：声波检测模块接收一定频段的声波信号，激光加热激发电晕，检测到对应的声波的幅值上升，然后停止激光加热，对应声波信号的幅值下降为原来状态，再次激光加热，对应的声波信号的幅值再次上升，如果声波信号的幅值按照激光加热的周期变化，则证明输电导线带电。
本发明激光加热算法：激光加热过程中考虑了因为距离而损失的能量、因为反射损失的能量，输电导电加热后将热能传递给空气，空气中的热能也因为环境中的风速向四周扩散的速率不同。
本发明一种基于激光的交流特高压验电方法，具体包括：
1)、激光加热：
本发明采用光纤激光器，这种激光器体积小、功率大、抗干扰能力强。该部件的作用是能加热100-200米范围内输电线路上一个小的区域，激光器的加热功率为P1，激光在传输的过程中也会因为传输距离而衰减，衰减曲线在500m以内近视为线性关系，衰减因素为η(d)(d表示输电导电到激光发射器的距离)，导线上吸收激光转化为热能的比率的α1，小区域表面会对空气和导线内部传热，传热系数分别为K1、K2，空气中的热量会因为空气的流动和扩散导致小区域周围的空气温度不能稳定，取小区域的表面空气厚度1cm的体积V，根据风的等级设置体积V内空气热量流失率(h表示风的等级，风等级越大，流失率越大)
小区域表面空气中的温度为T＝T0+T1。T0表示环境温度，T1表示因小区域导线传热导致的升温，对应的算法为：
区域内吸收的能量
将能量换算成对应的温度T1＝Q/(C×V×ρ)，其中ρ表示空气的密度，ρ的取值根据海拔高度查表得到，C表示空气的比热容，V表示小区域内的体积。
导线周围的空气温度升高导致导线在小区域范围内产生电晕放电，其交流输电起晕场强P和t表示环境气压和温度，P0和t0分别表示标准状况下气压和温度，r0表示导线半径。
1000kV输电线路不同分裂导线不同相的线路表面最大场强见表1。
表1
分裂导线根数 4 6 8
中相最大场强(kV/cm) 21.141 16.172 13.470
边相最大场强(kV/cm) 19.906 15.333 12.761
查表1可得要验电的导线的表面最大场强E1要使得输电导线表面产生电晕，即使Ecr＜E1，通过控制激光器加热的时间可以控制起晕电压，从而导致输电线路局部区域发生电晕。
2)、激光定位与测距：
激光测距功能是由激光发射器9、激光接收器10，再加上控制和主机1相互配合完成的。
激光发射器9发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器10接收反射回来的激光，然后固定激光发射头的角度，此时就可以准确定位，同时也能实现测距的功能；
定位方法：激光发射器9发射低功率激光，低功率激光基本不会加热输电线路，利用与激光发射器9方向相同的望远镜3，协助调整角度，直到激光接收器10能接收返回的的激光，此时完成的激光测距模块的定位；
测距方法：在定位方法完成的基础上，重新发射激光，发射激光同时开始计时，激光接收器10接收的激光时停止计时，若时间为t，则激光发射器9距离输电线路的距离为S＝ct/2，S表示激光器距离输电线路的距离，c表示光速3*10∧8m/s。
3)、通过激光与声呐检测同步技术实现定位与测距：
验电方法有多个步骤，满足其中一种即可证明输电导线带电。
方法一：向输电导线发射连续的激光，利用望远镜3能直接观察到输电导线上有电晕放电现象，停止激光加热，输电导线的放电现象逐渐消失，再次用激光激发电晕，能再次观察到输电导线生有电晕现象，所述的电晕现象就是能直接看到晕光，如果能看到这种现象，则证明输电导线带电。
方法二：
(1)、用声波检测模块接收频段为f1的声波信号；
(2)、激光加热输电导线，使得输电导线上被加热的点产生电晕，加热时间为t1；
(3)、声波检测模块检测到f1频段段的声波信号的幅值上升；
(4)、停止激光加热，停止时间为t2，在t2时间段内，声波频段为f1的幅值逐渐下降为原来的状态；
(5)、再次用激光加热输电导线，加热时间为t1，使得输电导线再次被加热而产生电晕；
(6)、声波检测模块检测到f1频段段的声波信号的幅值再次上升；
(7)、停止激光加热，停止时间为t2，在t2时间段内，声波频段为f1的幅值逐渐下降为原来的状态；
(8)、再次重复步骤(5)(6)；
如果看到相同的现象，则可以确定输电导线带电。
4)、声呐接收与去噪技术：
声波检测模块的接收口要与激光发射器9的指向的方向相同，才能保证能接收到更准确的信号，由于声波接收器6接收到的信号比较杂，电晕放电产生的声波信号分贝较小，声波接收器6需要对接收到的信号进行放大和降噪处理。

Claims (8)

1.一种基于激光的交流特高压验电装置，包括主机（1）、望远镜（3）、声波检测模块、激光测距模块；其特征在于：所述主机（1）内置处理器模块，主机（1）上设置有触摸显示屏（4）、温度传感器（5），所述处理器模块分别连接触摸显示屏（4）、温度传感器（5）；
所述声波检测模块包括声波接收器（6），声波接收器（6）通过信号处理模块连接主机（1）；
所述激光测距模块包括激光发射器（9）、激光接收器（10），
激光发射器（9）连接主机（1），激光接收器（10）通过信号放大模块连接主机（1）；
激光发射器（9）用于发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器（10）接收反射回来的激光；
所述望远镜（3）用于观察输电导线上是否有电晕放电现象。
2.根据权利要求1所述一种基于激光的交流特高压验电装置，其特征在于：所述激光发射器（9）采用光纤激光器，光纤激光器能加热100-200米范围内输电线路上一个小的区域。
3.根据权利要求1所述一种基于激光的交流特高压验电装置，其特征在于：所述声波检测模块的接收口与激光发射器（9）的指向的方向相同。
4.根据权利要求1所述一种基于激光的交流特高压验电装置，其特征在于：所述主机（1）安装在云台（2）上，所述望远镜（3）、声波检测模块、激光测距模块通过支撑杆（7）安装固定。
5.根据权利要求1所述一种基于激光的交流特高压验电装置，其特征在于：所述主机（1）连接海拔测量仪（8）。
6.一种输电线路定位与测距方法，其特征在于：
激光发射器（9）发射低功率的激光，射出的激光打到输电导线上就会有反射回来的激光，利用激光接收器（10）接收反射回来的激光，然后固定激光发射头的角度，此时就可以准确定位，同时也能实现测距的功能；
定位方法：激光发射器（9）发射低功率激光，低功率激光基本不会加热输电线路，利用与激光发射器（9）方向相同的望远镜（3），协助调整角度，直到激光接收器（10）能接收返回的的激光，此时完成的激光测距模块的定位；
测距方法：在定位方法完成的基础上，重新发射激光，发射激光同时开始计时，激光接收器（10）接收的激光时停止计时，若时间为t，则激光发射器（9）距离输电线路的距离为S=ct/2，S表示激光器距离输电线路的距离，c表示光速3*10^8m/s。
7.采用如权利要求1-5任意一种所述验电装置的交流特高压验电方法，其特征在于：向输电导线发射连续的激光，利用望远镜（3）能直接观察到输电导线上有电晕放电现象，停止激光加热，输电导线的放电现象逐渐消失，再次用激光激发电晕，能再次观察到输电导线生有电晕现象，所述的电晕现象就是能直接看到晕光，如果能看到这种现象，则证明输电导线带电。
8.采用如权利要求1-5任意一种所述验电装置的交流特高压验电方法，其特征在于：
（1）、用声波检测模块接收频段为f1的声波信号；
（2）、激光加热输电导线，使得输电导线上被加热的点产生电晕，加热时间为t1；
（3）、声波检测模块检测到f1频段段的声波信号的幅值上升；
（4）、停止激光加热，停止时间为t2，在t2时间段内，声波频段为f1的幅值逐渐下降为原来的状态；
（5）、再次用激光加热输电导线，加热时间为t1，使得输电导线再次被加热而产生电晕；（6）、声波检测模块检测到f1频段段的声波信号的幅值再次上升；
（7）、停止激光加热，停止时间为t2，在t2时间段内，声波频段为f1的幅值逐渐下降为原来的状态；
（8）、再次重复步骤（5）（6）；
如果看到相同的现象，则可以确定输电导线带电。
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