CN108872676B - 一种变电站母线工频电压测量装置 - Google Patents

一种变电站母线工频电压测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变电站母线工频电压测量装置。变电站母线为具有管型结构的高压导体，所述测量装置包括金属片、电阻和光电测量模块；所述金属片与所述高压导体绝缘连接；所述金属片还与所述电阻的一端电连接，所述电阻的另一端与所述待测母线电连接；所述光电测量模块并联于所述电阻的两端，所述光电测量模块用于测量电阻两端的电压，并根据电阻两端的电压计算所述高压导体的电压，本发明的测量装置无需变压器，解决了使用互感器测量变电站的母线电压的方式的精确度和安全性不足的技术问题，提高了变电站母线电压监测的精度和安全性。

Description

一种变电站母线工频电压测量装置
技术领域
本发明涉及电力系统监测领域，特别涉及一种变电站母线工频电压测量装置。
背景技术
随着用电需求量的急剧增加，电网的规模不断壮大，远距离大功率的输电技术更加先进，电力系统的电压等级也不断提高，电网的结构也更加错综复杂。在电力系统的运行中，为了保证电网的安全稳定运行，常要对电压、电流等参数进行实时监测。目前变电站所采用的高电压测量方法和设备中，电磁式电压互感器在较高电压下会出现铁磁饱和，输出电压呈非线性，暂态响应差等问题；电容式电压互感器在高电压下绝缘困难，还会给系统带来易燃易爆等潜在风险，可见电磁式和电容式电压互感器的方案在监测精度和安全性上都不能满足当今电网的需求。
发明内容
本发明的目的是，提供一种变电站母线工频电压测量装置，以提高变电站母线电压监测的精度和安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种变电站母线工频电压测量装置，变电站母线为具有管型结构的高压导体，所述测量装置包括金属片、电阻和光电测量模块；
所述金属片与所述高压导体绝缘连接；
所述金属片还与所述电阻的一端电连接，所述电阻的另一端与所述待测母线电连接；
所述光电测量模块并联于所述电阻的两端，所述光电测量模块用于测量电阻两端的电压，并根据电阻两端的电压计算所述高压导体的电压。
可选的，所述光电测量模块包括发送子模块、光纤、接收子模块和上位机；
所述发送子模块的输入端并联于所述电阻的两端，输出端与所述光纤的一端连接，所述发送子模块用于测量所述电阻两端的电压，将所述电压转换成光信号，并将所述光信号传输给所述光纤；
所述光纤的另一端与所述接收子模块连接，所述光纤用于将所述光信号传输给所述接收子模块；
所述接收子模块与所述上位机连接，所述接收子模块用于将所述光信号转换成电信号，并将所述电信号传输给所述上位机；
所述上位机用于根据所述电信号计算所述高压导体的电压。
可选的，所述上位机包括第一母线电压计算单元和显示单元，所述第一母线电压计算单元用于根据所述电信号，利用公式计算母线电压；
其中，U表示高压导体的电压，U0表示电阻电压值，R0表示电阻值，f表示频率，ε0表示空气的介电常数，R表示高压导体半径，S表示金属片的表面积，h表示高压导体距地高度；
所述电压显示单元用于显示所述高压导体的电压。
可选的，所述上位机包括第二母线计算单元和显示单元，所述第二母线计算单元内存储有不同电阻值与比例系数和相位差的对照表，所述第二母线计算单元用于根据所述电阻和所述对照表获得所述电阻对应的比例系数和相位差，并根据所述电信号、所述比例系数和所述相位差计算母线电压；
所述显示单元用于显示所述高压导体的电压。
可选的，所述测量装置还包括金属屏蔽盒和绝缘片；
所述金属屏蔽盒设置在所述高压导体的外侧；所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块设置在所述金属屏蔽盒内；所述金属屏蔽盒上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述高压导体和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接。
可选的，所述测量装置还包括金属屏蔽盒和绝缘片；
所述金属屏蔽盒串接于所述高压导体中；所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块均设置于所述金属屏蔽盒内；所述金属屏蔽盒上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述金属屏蔽盒的内壁和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接；
所述电阻的一端与所述金属片连接，所述电阻的另一端与所述金属屏蔽盒的内表面连接，通过所述金属屏蔽盒与所述高压导体电连接。
可选的，所述测量装置还包括绝缘片；
所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块均设置于所述高压导体的均压球内；所述均压球上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述均压球的内壁和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接；
所述电阻的一端与所述金属片连接，所述电阻的另一端与所述均压球的内表面连接，通过所述均压球与所述高压导体电连接。
可选的，所述电阻的阻值范围为0.1MΩ-200MΩ。
可选的，所述绝缘片的材料为聚酰亚胺薄膜。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种变电站母线工频电压测量装置，所述测量装置包括金属片、电阻和光电测量模块；所述金属片与所述高压导体绝缘连接；所述金属片还与所述电阻的一端电连接，所述电阻的另一端与所述待测母线电连接；所述光电测量模块并联于所述电阻的两端，所述光电测量模块用于测量电阻两端的电压，并根据电阻两端的电压计算所述高压导体的电压。本发明无需互感器，解决了使用互感器测量变电站的母线电压的方式的精确度和安全性不足的技术问题，提高了变电站母线电压监测的精度和安全性，而且解决了在实时监测高压输电线路的运行状态时，采用电压互感器而存在具有变压器体型大、造价昂贵、维护与检修费用高、测量不灵活、绝缘要求高等问题。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种变电站母线工频电压测量装置的实施方式一的结构图；
图2为本发明提供的一种变电站母线工频电压测量装置的实施方式二的结构图；
图3为本发明提供的一种变电站母线工频电压测量装置的实施方式三的结构图。
具体实施方式
本发明的目的是，提供一种变电站母线工频电压测量装置，以提高变电站母线电压监测的精度和安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
实施方式一：
如图1所示，本发明提供一种变电站母线工频电压测量装置，变电站母线为具有管型结构的高压导体，所述测量装置包括金属片1、电阻2和光电测量模块3；所述金属片1与所述高压导体绝缘连接；所述金属片1还与所述电阻2的一端电连接，所述电阻2的另一端与所述高压导体电连接；具体的，所述电阻的阻值范围为0.1MΩ-200MΩ。
所述光电测量模块3并联于所述电阻2的两端，所述光电测量模块3用于测量电阻2两端的电压，并根据电阻2两端的电压计算所述高压导体的电压。
所述光电测量模块3包括发送子模块3_1、光纤3_2、接收子模块3_3和上位机3_4；所述发送子模块3_1的输入端并联于所述电阻2的两端，输出端与所述光纤3_2的一端连接，所述发送子模块3_1用于测量所述电阻2两端的电压，将所述电压转换成光信号，并将所述光信号传输给所述光纤3_2；所述光纤3_2的另一端与所述接收子模块3_3连接，所述光纤3_2用于将所述光信号传输给所述接收子模块3_3；所述接收子模块3_3与所述上位机3_4连接，所述接收子模块3_3用于将所述光信号转换成电信号，并将所述电信号传输给所述上位机3_4；所述上位机3_4用于根据所述电信号计算所述高压导体的电压。
所述上位机3_4包括第一母线电压计算单元，所述第一母线电压计算单元用于根据所述电信号，利用公式计算母线电压；
其中，U表示高压导体的电压，U0表示电阻电压值，R0表示电阻值，f表示频率，ε0表示空气的介电常数，R表示高压导体半径，S表示金属片的表面积，h表示高压导体距地高度；或所述上位机3_4包括第二母线计算单元，所述第二母线计算单元内存储有不同电阻值与比例系数和相位差的对照表，所述第二母线计算单元用于根据所述电阻和所述对照表获得所述电阻对应的比例系数和相位差，并根据所述电信号、所述比例系数和所述相位差计算母线电压；所述计算单元还用于基于有限元方法，对于不同采样电阻阻值下的输电线路进行计算，得到不同采样电阻阻值两端的一组电压值，将输电线路的电压除以采样电阻的电压，得出不同采样电阻值对应的比例系数和相位差，制成表格进行存储。所述上位机还包括显示单元，所述显示单元用于显示所述高压导体的电压。
所述测量装置还包括金属屏蔽盒4和绝缘片5；
所述金属屏蔽盒4设置在所述高压导体的外侧；所述绝缘片5、所述金属片1、所述电阻2和所述光电测量模块3的发送子模块3_1设置在所述金属屏蔽盒内；所述金属屏蔽盒上设置有通孔，所述光纤3_2穿过所述通孔，分别与所述发送子模块3_1和所述接收子模块3_3连接；所述绝缘片5设置于所述高压导体和所述金属片1之间，所述绝缘片5用于将所述高压导体和所述金属片1绝缘连接。所述绝缘片5的材料为聚酰亚胺薄膜或其它绝缘材料。
具体的结构为：将绝缘片5黏贴在高压导体表面处，金属片1黏贴于绝缘片5上，绝缘片5和金属片1的大小一致；金属片1表面与电阻2的一端相连；高压导体表面与电阻2的另一端相连；将光电测量模块3并联至电阻2两端。
所述金属屏蔽盒5，安装在导体表面上，使电阻和金属传感片安装在金属屏蔽盒与侧表面之间，免受外界电磁干扰，为避免传输过程中电信号受到电磁干扰，而使用光纤传输。
实施方式二：
如图2所示，所述测量装置还包括金属屏蔽盒4和绝缘片5；
所述金属屏蔽盒4串接于所述高压导体中；所述绝缘片5、所述金属片1、所述电阻2和所述光电测量模块3的发送子模块3_1均设置于所述金属屏蔽盒4内；所述金属屏蔽盒4上设置有通孔，所述光纤3_2穿过所述通孔，分别与所述发送子模块3_1和所述接收子模块3_2连接；所述绝缘片5设置于所述金属屏蔽盒4的内壁和所述金属片1之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片1绝缘连接。所述电阻2的一端与所述金属片1连接，所述电阻2的另一端与所述金属屏蔽盒的内表面连接，通过所述金属屏蔽盒与所述高压导体电连接。所述绝缘片的材料为聚酰亚胺薄膜或其它绝缘材料。具体的，将高压导体截断，将金属屏蔽盒4接至其中，使光电测量模块3和电阻2可以放置其中。所述金属片1是从金属屏蔽盒4侧表面切割下来的一部分，并将金属片1黏贴在侧表面的切口处。金属片1通过绝缘片5与切口处隔开。金属片1表面与屏蔽盒内的电阻的一端相连；金属屏蔽盒表面与电阻的另一端相连；将光电测量模块3并联至电阻两端。
所述金属屏蔽盒4安装在导体中间，使电阻2和金属片1安装在金属屏蔽盒内，免受外界电磁干扰。为避免传输过程中电信号受到电磁干扰，而使用光纤传输。
实施方式三：
所述测量装置还包括绝缘片5；所述绝缘片5、所述金属片1、所述电阻2和所述光电测量模块3的发送子模块3_1均设置于所述高压导体的均压球内；所述均压球上设置有通孔，所述光纤3_2穿过所述通孔，分别与所述发送子模块3_1和所述接收子模块3_2连接；所述绝缘片5设置于所述均压球的内壁和所述金属片1之间，所述绝缘片5用于将所述高压导体和所述金属片1绝缘连接。所述电阻2的一端与所述金属片1连接，所述电阻2的另一端与所述均压球的内表面连接，通过所述均压球与所述高压导体电连接。所述绝缘片5的材料为聚酰亚胺薄膜或其它绝缘材料。具体的，将光电测量模块3和电阻2装入均压球内。所述金属片1是从均压球表面切割下来的一部分，并将金属片1黏贴在均压球表面的切口处。金属片1通过绝缘片5与切口处隔开。金属片1表面与均压球内的电阻的一端相连；均压球表面与电阻的另一端相连；将光电测量模块3并联至电阻两端。
所述均压球，安装在高压导体端部，用于防止母线端部发生电晕，将电阻和金属片安装在均压球内，免受外界电磁干扰。为避免传输过程中电信号受到电磁干扰，而使用光纤传输。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：
本发明与现有技术相比，摒弃了电压互感器，解决了在实时监测高压输电线路的运行状态时，采用电压互感器而存在具有变压器体型大、造价昂贵、维护与检修费用高、测量不灵活、绝缘要求高等问题。
本发明的实施方式一以更方便灵活的方法监测母线电压，只需在外表面贴附一层绝缘片和金属片即可，不破坏导体表面结构，易于装设和拆卸。无需对母线进行改造，仅仅在导体表面贴附一装置即可实现对输电线路导线上的电压精确测量。通过简单的电压测量装置，进而实时监测输电线路运行状态下的电压。
本发明的实施方式二和实施方式三也提供了一种比电压互感器更轻便的实时测量电压的方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

Claims (8)

1.一种变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，变电站母线为具有管型结构的高压导体，所述测量装置包括金属片、电阻和光电测量模块；
所述金属片与所述高压导体绝缘连接；
所述金属片还与所述电阻的一端电连接，所述电阻的另一端与待测母线电连接；
所述光电测量模块并联于所述电阻的两端，所述光电测量模块用于测量电阻两端的电压，并根据电阻两端的电压计算所述高压导体的电压；
所述光电测量模块的上位机包括第一母线电压计算单元和显示单元，所述第一母线电压计算单元用于根据电信号，利用公式计算母线电压；
其中，U表示高压导体的电压，U0表示电阻电压值，R0表示电阻值，f表示频率，ε0表示空气的介电常数，R表示高压导体半径，S表示金属片的表面积，h表示高压导体距地高度；
所述显示单元用于显示所述高压导体的电压。
2.根据权利要求1所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述光电测量模块包括发送子模块、光纤、接收子模块和上位机；
所述发送子模块的输入端并联于所述电阻的两端，输出端与所述光纤的一端连接，所述发送子模块用于测量所述电阻两端的电压，将所述电压转换成光信号，并将所述光信号传输给所述光纤；
所述光纤的另一端与所述接收子模块连接，所述光纤用于将所述光信号传输给所述接收子模块；
所述接收子模块与所述上位机连接，所述接收子模块用于将所述光信号转换成电信号，并将所述电信号传输给所述上位机；
所述上位机用于根据所述电信号计算所述高压导体的电压。
3.根据权利要求2所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述上位机包括第二母线计算单元和显示单元，所述第二母线计算单元内存储有不同电阻值与比例系数和相位差的对照表，所述第二母线计算单元用于根据所述电阻和所述对照表获得所述电阻对应的比例系数和相位差，并根据所述电信号、所述比例系数和所述相位差计算母线电压；
所述显示单元用于显示所述高压导体的电压。
4.根据权利要求2所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括金属屏蔽盒和绝缘片；
所述金属屏蔽盒设置在所述高压导体的外侧；所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块设置在所述金属屏蔽盒内；所述金属屏蔽盒上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述高压导体和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接。
5.根据权利要求2所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括金属屏蔽盒和绝缘片；
所述金属屏蔽盒串接于所述高压导体中；所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块均设置于所述金属屏蔽盒内；所述金属屏蔽盒上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述金属屏蔽盒的内壁和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接；
所述电阻的一端与所述金属片连接，所述电阻的另一端与所述金属屏蔽盒的内表面连接，通过所述金属屏蔽盒与所述高压导体电连接。
6.根据权利要求2所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括绝缘片；
所述绝缘片、所述金属片、所述电阻和所述光电测量模块的发送子模块均设置于所述高压导体的均压球内；所述均压球上设置有通孔，所述光纤穿过所述通孔，分别与所述发送子模块和所述接收子模块连接；
所述绝缘片设置于所述均压球的内壁和所述金属片之间，所述绝缘片用于将所述高压导体和所述金属片绝缘连接；
所述电阻的一端与所述金属片连接，所述电阻的另一端与所述均压球的内表面连接，通过所述均压球与所述高压导体电连接。
7.根据权利要求1所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述电阻的阻值范围为0.1MΩ-200MΩ。
8.根据权利要求4-6任一项所述的变电站母线工频电压测量装置，其特征在于，所述绝缘片的材料为聚酰亚胺薄膜。
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