CN113311214B - 非接触式交直流悬浮导体电位测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了非接触式交直流悬浮导体电位测量系统及方法，包括：环境探测模块、非接触式电压测量模块及控制模块；环境探测模块，用于感应出在不同电场类型下的信号；非接触式电压测量模块，以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；控制模块被配置为接收环境探测模块的输出信号并自动识别出所处的电场类型，控制电机旋转使得非接触式电压测量模块工作，并基于该模块的反馈信号计算电压值。利用系统中的交直流电场测量模块探测现场环境中的电场类型，从而控制振动式电极片的振动与否，达到自动切换测量模式的目的。

Description

非接触式交直流悬浮导体电位测量系统及方法

技术领域

本公开属于高电压工程技术领域，尤其涉及非接触式交直流悬浮导体电位测量系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着我国输电线路电压等级的不断提高，输电走廊面积稀缺，特高压线路带来的电磁环境问题不断突显出来。在输电线路规模不断扩大的过程中，国内的输电走廊资源变得越来越紧缺，许多输电线路难以避免地存在跨越农田、塑料大棚等情况，高压输电线路的附近也会存在房屋等建筑物。

塑料大棚的内部一般存在着金属骨架或用于固定的金属丝等，我们将未进行良好接地的金属导体称为悬浮导体。高压线路下的悬浮导体在电磁场中能够感应出高压，其成因分为电磁感应和静电感应两部分。

悬浮导体感应电压存在很大的安全隐患，有生活在高压输电线附近的居民表示，在打伞经过高压线时，会有一种电“麻”的感觉；在高压线下的菜地中，触摸捆绑竹制瓜架的铁丝时，会出现电击感；位于输电线路附近的大棚，如果其金属骨架没有良好接地，会出现触摸电击的感觉。

目前常用的电压测量工具包括接触式与非接触式两种。

接触式电压测量工具利用电压表内阻对待测电压进行电容或电阻式分压。高压直流输电线路常会发生电晕现象，导线电晕产生的空间电荷在电场力的作用下不停地远离导线运动，从而使导线和大地间充满空间电荷。若利用接触式电压测量工具对悬浮导体的电压进行测量，其上积累的空间电荷会通过电压表内阻形成泄露，影响测量结果。

非接触式测量工具通常利用测量探头与被测导体之间的寄生电容，在探头上形成电压，再对该电压波形进行采集与处理，得到被测电压值。在测量直流电压时，一般采用振动式电极或者旋转式电极进行电压信号的采集。通过电极片的机械运动将直流电压调制到较高频率的交流电信号，以便于放大和检测。

针对高压输电线路下方的感应电压测量的问题，目前还没有专业且便携的测量工具。

当利用一般的接触式电压表测量感应电压时，对该电压表的内阻要求很大，一般要达到TΩ级别。直流输电线路下方的悬浮导体上积累了很多空间电荷，接触式电压表测量时会造成电荷泄露，影响测量结果，另外，一般的电压测量工具并没有针对高压输电线路下方的电磁场环境进行电磁屏蔽处理，测量工具内部电路易受到电磁场影响，造成测量结果误差并降低仪器使用寿命。

交流、直流高压输电线路下方均存在悬浮导体感应电压的问题，针对交流与直流感应电压的测量需要利用不同的方案。现场测量时，往往要求测量仪器便携且操作简单，对于复杂的工况环境有一定的兼容性。

随着大棚建设的不断扩大和增高，感应电压的问题对于居民的生产生活，特别是人身安全的影响越来越大。然而目前还没有针对这一问题进行开发的便携式测量装备，并且能够利用非接触式方法同时测量交直流感应电压较为困难，这使得现场人员难以对感应电压进行准确测量，给感应电压的研究与现场处理带来了困难。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，集成两种不同电压类型的测量方案，并且自动识别工况进行测量方式的转换，能给现场测量带来很大的便利。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，包括：

环境探测模块、非接触式电压测量模块及控制模块；

所述环境探测模块，用于感应出在不同电场类型下的信号；

所述非接触式电压测量模块，以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；

所述控制模块被配置为接收环境探测模块的输出信号并自动识别出所处的电场类型，控制电机旋转使得非接触式电压测量模块工作，并基于该模块的反馈信号计算电压值。

进一步的技术方案，还包括屏蔽层与外壳，所述屏蔽层为金属屏蔽层，其置于设备绝缘外壳内部，用于屏蔽高压输电线路下方的强电磁场对屏蔽层所包裹的设备中上述环境探测模块、非接触式电压测量模块及控制模块的电子电路的干扰。

进一步的技术方案，所述控制模块基于探测现场环境中的电场类型，从而控制振动式电极片的振动与否，进行自动切换测量模式。

进一步的技术方案，所述环境探测模块包括螺旋形交直流电场探测器及信号处理模块，所述螺旋形交直流电场探测器在不同电场类型下，感应出电压与电流，经过信号处理模块区分出交流场与直流场，从而自动识别出电场类型。

进一步的技术方案，所述金属屏蔽层在环境探测模块和非接触式电压测量模块处开孔，用于环境信息的采集与电压的测量。

进一步的技术方案，所述螺旋形交直流电场探测器穿过屏蔽层置于外侧，屏蔽层在振动式电极片处设立略大于电极片面积的缺口，电极片平行于屏蔽层平面。

进一步的技术方案，所述环境探测模块还包括温湿度传感器，用以采集现场环境的温度与湿度并传输至信号处理模块。

进一步的技术方案，所述非接触式电压测量模块包括电极片、绝缘固定卡扣、电压波形处理模块及振动装置，所述电极片被固定在绝缘固定卡扣上，并连接至振动装置，控制模块控制电机旋转，使得电极片以一定频率在与被测导体连线方向往复振动，电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而使得电极片上感应出的电荷量发生变化，电极片连接的导线上出现电流。

进一步的技术方案，所述电压波形处理模块对电极片上的波形信号进行处理后，将利于计算的信号发送到控制模块进行电压值的计算。

第二方面，公开了非接触式交直流悬浮导体电位测量方法，包括：

感应出被测导体所处的电场类型；

电极片以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，使得电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；

基于自动识别出所处的电场类型及获得的电极片波形信号计算电压值。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开技术方案利用系统中的交直流电场测量模块探测现场环境中的电场类型，从而控制振动式电极片的振动与否，达到自动切换测量模式的目的，在一套设备中集成两种不同电压类型的测量方案，并且自动识别工况进行测量方式的转换，能给现场测量带来很大的便利。

本公开技术方案能够准确测量交直流高压输电线路下方的悬浮导体感应电压，自动识别电场类型并切换测量模式，环境兼容性强，具有良好的可视性和数据记录能力，为高压输电线路下方的电磁兼容问题整治提供了有效的测量工具。

本公开技术方案通过系统工作状态的自动切换，使得设备在交直流输电线路环境中都能够正常使用，极大地便利了现场测量工作的进行。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例系统结构框图；

图中，01：螺旋形金属丝；02：温湿度传感器；03：距离感应模块；04：电极片；05：绝缘固定卡扣；06：电机等振动装置；07：信号处理模块；08：电压波形处理模块；09：控制模块；10：显示与操作模块；11：金属屏蔽层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参见附图1所示，本实施例公开了非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，针对悬浮导体感应电压测量中遇到的实际问题，本发明提出了一种非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，同时适用于交直流电场环境下的测量，其具体组成部分有：

环境探测模块；非接触式电压测量模块；控制模块；显示与操作模块；屏蔽层与外壳。

距离感应模块03，采用红外测距传感器，测量探头与被测导体间的距离；

本公开技术方案中，控制模块通过交直流电场探测模块和温湿度感应模块获取运行环境工况信息，对振动式电极片中电机施加控制信号，对信号处理电路输出的电压波形进行模数转换后输入到控制模块中，根据距离信息获取电极片与被测导体间的分布电容值，最终通过控制模块运算得到所测电压值，并将结果展示在显示屏上。

具体例子中，环境探测模块由螺旋形金属丝01、温湿度传感器02、信号处理模块07组成。选用直径5mm铜丝，绕4-6圈成螺旋丝状，螺旋丝长度小于3cm，直径小于2cm，将其作为交直流电场探头。螺旋形金属丝01在交流场中感应出电压与电流，通过信号处理模块07对感应电压与电流进行分析，当感应电压电流为工频时，可认为处于交流场下，据此区分出交流场与直流场。温湿度传感器02采用高可靠、高精度的数字信号输出的集成模块，用以采集现场环境的温度与湿度，与测量数据一同存储，实现测量工况信息的自动采集与记录。

具体的，通过螺旋形金属丝在空间电磁场中的电磁感应现象，产生感应电动势；信号处理回路，处理来自螺旋形金属丝的电压信号，获得表征电场类型的特征值。

非接触式电压测量模块由电极片04、绝缘固定卡扣05、电机等振动装置06、电压波形处理模块08组成。电极片为金属导电薄片，作为电压探头，其面积小于2cm²，被固定在绝缘固定卡扣上，并连接至电机等振动装置06。控制模块09控制电机旋转，使得电极片以一定频率在与被测导体连线方向往复振动，电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而使得电极片上感应出的电荷量发生变化，电极片连接的导线上出现电流。电压波形处理模块08由滤波、放大、相敏检测等电路组成，对电极片上的波形信号进行处理后，将利于计算的信号发送到控制模块进行电压值的计算。

具体实施例子中，电极片采用铜或其它金属材质，固定在非金属支架上，电极片一端连接有导线；电机通过机械装置连接至非金属支架，通过电机的转动控制非金属支架振动。信号处理电路输入端连接至振动式电极片，其具有放大、滤波等作用，经过信号处理输出低噪声、谐波少的电压波形信号。

控制模块09负责环境信息的计算、机械装置的运转、显示与操作模块的控制与被测电压的计算与校正，一般采用单片机实现。

显示模块，将所测电压值与环境相关参数展示在显示屏上。

金属屏蔽层11采用金属网构成，为外壳屏蔽材料，其置于设备绝缘外壳内部，包覆在整个系统的外侧，用于屏蔽高压输电线路下方的强电磁场对设备中电子电路的干扰。金属屏蔽层11在环境探测模块和电压探头电极片处开孔，便于环境信息的采集与电压的准确测量。

具体的，屏蔽层上设立缺口，使螺旋状金属丝穿过屏蔽层置于外侧。屏蔽层在振动式电极片处设立略大于电极片面积的缺口，电极片平行于屏蔽层平面，便于测量时电极片与被测导体保持平行。

上述实施例中，使用螺旋形交直流电场探测器，在不同电场类型下，感应出的信号不同，从而使设备自动识别出电场类型。控制模块识别到交流电场时，控制电机停止运转，电极片静止，此时电极片上感应出交流电压；控制模块识别到直流电场时，控制电机旋转，电极片振动，由于分布电容的变化，电极片上感应出的电荷不断变化，通过检测导线电流值可以计算得到被测导体电压值。通过系统工作状态的自动切换，使得设备在交直流输电线路环境中都能够正常使用，极大地便利了现场测量工作的进行。

实施例二

本实施例的目的是提供了非接触式交直流悬浮导体电位测量方法，包括：

利用交直流电场探测模块感应出被测导体所处的电场类型；

控制器控制电极片以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，使得电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；

控制器基于自动识别出所处的电场类型及获得的电极片波形信号计算电压值。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (4)

1.非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，其特征是，包括：

环境探测模块、非接触式电压测量模块及控制模块；还包括屏蔽层与外壳，所述屏蔽层为金属屏蔽层，其置于设备绝缘外壳内部，用于屏蔽高压输电线路下方的强电磁场对屏蔽层所包裹的设备中上述环境探测模块、非接触式电压测量模块及控制模块的电子电路的干扰；

所述环境探测模块，用于感应出在不同电场类型下的信号；

所述非接触式电压测量模块，以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；

所述控制模块被配置为接收环境探测模块的输出信号并自动识别出所处的电场类型，控制电机旋转使得非接触式电压测量模块工作，并基于该模块的反馈信号计算电压值；

所述控制模块基于探测现场环境中的电场类型，从而控制振动式电极片的振动与否，进行自动切换测量模式；

所述环境探测模块包括螺旋形交直流电场探测器及信号处理模块，所述螺旋形交直流电场探测器在不同电场类型下，感应出电压与电流，经过信号处理模块区分出交流场与直流场，从而自动识别出电场类型；

所述金属屏蔽层在环境探测模块和非接触式电压测量模块处开孔，用于环境信息的采集与电压的测量；

所述螺旋形交直流电场探测器穿过屏蔽层置于外侧，屏蔽层在振动式电极片处设立略大于电极片面积的缺口，电极片平行于屏蔽层平面；

所述非接触式电压测量模块包括电极片、绝缘固定卡扣、电压波形处理模块及振动装置，所述电极片被固定在绝缘固定卡扣上，并连接至振动装置，控制模块控制电机旋转，使得电极片以一定频率在与被测导体连线方向往复振动，电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而使得电极片上感应出的电荷量发生变化，电极片连接的导线上出现电流。

2.如权利要求1所述的非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，其特征是，所述环境探测模块还包括温湿度传感器，用以采集现场环境的温度与湿度并传输至信号处理模块。

3.如权利要求1所述的非接触式交直流悬浮导体电位测量系统，其特征是，所述电压波形处理模块对电极片上的波形信号进行处理后，将利于计算的信号发送到控制模块进行电压值的计算。

4.如权利要求1所述的非接触式交直流悬浮导体电位测量系统的测量方法，其特征是，包括：

感应出被测导体所处的电场类型；

电极片以一定频率通过非接触的方式在与被测导体连线方向往复振动，使得电极片与被测导体之间的分布电容值随之变化，从而感应出的电荷量发生变化；

基于自动识别出所处的电场类型及获得的电极片波形信号计算电压值；

其中，识别到交流电场时，控制电机停止运转，电极片静止，此时电极片上感应出交流电压；

识别到直流电场时，控制电机旋转，电极片振动，由于分布电容的变化，电极片上感应出的电荷不断变化，通过检测导线电流值计算得到被测导体电压值。

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