CN208984739U - 一种基于电容修正原理的电场遥测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电容修正原理的电场遥测系统，涉及电力技术领域，本申请除了在电场遥测设备中设置电容遥测电路之外，还设置了环境参数检测传感器，同时主站系统还连接有第三方环境监测系统和数据库系统，使得主站系统可以获取到安装高度、环境的温度、湿度、气压和空气成分等对对地电容存在影响的参数，为主站系统根据这些参数进行电容修正提供了电路基础，本申请基于传统的电场遥测原理，额外加入了用于进行电容补偿的电路设计，可以使得对地电容的测量更准确，从而使得测量得到的实际电场值更准确。

Description

一种基于电容修正原理的电场遥测系统

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其是一种基于电容修正原理的电场遥测系统。

背景技术

当输电线路发生故障、负荷切换或其他情况时，往往会引起电场值的突然变化，因此通过对输电线路中各个监测点处的电场值的持续的在线监测，可以实现对整个输电线路的状态监控及故障监控。目前通常利用诸如暂态录波型故障指示器之类的电场遥测设备来获取10kV及以下电压的输电线路电场遥测值，根据电场遥测值来对输电线路的状态和故障进行监测和判断。

目前利用电场遥测设备对输电线路进行遥测时的工作示意图请参考图1，有两个电场平面分别为电场平面A和电场平面B，其中电场平面A的电场强度E_A与输电线路的电场值一致，而电场平面B的电场强度E_B与电场遥测设备的电场值一致，电场平面A的电压值为V_A、电场平面B的电压值为V_B，电场平面A与电场平面B之间的电容值为C_AB，C_AB是已知量。规定电场平面A的电场强度E_A为需要遥测的电场值，传统的测量方式是：测量电场平面B的对地电容C_B，利用对地电容C_B计算得到E_A。在图1中，有如下关系，其中K是设备研发时在实验室标准环境以及标准高度下测量的修正系数：

E_A-E_B＝V_A-V_B

因此有：

上式中，V_A、V_B、C_AB和K均为已知量且为衡量，因此在测量得到导线B的对地电容C_B后，就能得到需要遥测的电场值E_A。

但输电线路的实际工作环境是非常复杂的，对地电容C_B会受到环境的影响，比如会受到高度和介电常数等的影响，其中介电常数又与环境的温度、湿度、气压(空气密度)、空气成分均相关，但电场值实际却不受这些环境的影响，而这些变量的不同，亦导致在实验室中测量得到的K值与实际环境中的K值存在差异，从而导致遥测到的E_A值存在较大的误差，可靠性较低。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于电容修正原理的电场遥测系统，本申请加入了用于进行电容补偿的电路设计，为实现对实际电场值的更精准的测量提供了电路基础。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于电容修正原理的电场遥测系统，该系统包括：电场遥测设备和主站系统，电场遥测设备与主站系统建立通信连接，电场遥测设备中包括电容遥测电路和环境参数检测传感器，电场遥测设备用于通过电容遥测电路测量输电线路的对地电容作为测量电容、通过环境参数检测传感器采集当前所在环境的环境实测数据，并将测量电容和环境实测数据发送给主站系统；主站系统还分别连接第三方环境监测系统和数据库系统，第三方环境监测系统用于提供空气质量数据，数据库系统中存储有电场遥测设备的安装高度，主站系统用于根据测量电容、环境参数以及安装高度确定修正电容，环境参数包括环境实测数据和空气质量数据，主站系统还用于根据修正电容确定输电线路的遥测电场值。

其进一步的技术方案为，电场遥测设备包括数据采集单元和数据汇集单元，数据采集单元安装在输电线路上，数据汇集单元与数据采集单元之间的安装距离小于预定距离，且数据采集单元与数据汇集单元之间建立无线通讯连接，数据汇集单元与主站系统之间建立通讯连接；数据采集单元中包括电容遥测电路，数据汇集单元中包括环境参数检测传感器，环境参数检测传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器和空气压强传感器。

其进一步的技术方案为，电容遥测电路包括运算放大器，运算放大器的同相输入端依次连接第三电阻、第二电阻和第一电阻后接地，第一电阻与第二电阻的公共端连接第一电容，第一电容的另一端接地，运算放大器的同相输入端还分别连接第四电阻和第二电容，第四电阻的另一端与第二电容的另一端分别连接第五电阻的两端，第四电阻与第五电阻的公共端连接恒压源，第二电容和第五电阻的公共端连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的反相输入端还分别连接第六电阻和第三电容，第六电阻的另一端和第三电容的另一端分别连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端还连接第七电阻，第七电阻的另一端连接第四电容，第四电容的另一端接地，第七电阻和第四电容的公共端作为电容遥测电路的输出端。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于电容修正原理的电场遥测系统，除了在电场遥测设备中设置电容遥测电路之外，还设置了环境参数检测传感器，同时主站系统还连接有第三方环境监测系统和数据库系统，使得主站系统可以获取到安装高度、环境的温度、湿度、气压(空气密度)和空气成分等对对地电容存在影响的参数，为主站系统根据这些参数进行电容修正提供了电路基础，本申请基于传统的电场遥测原理，额外加入了用于进行电容补偿的电路设计，可以使得对地电容的测量更准确，从而使得测量得到的实际电场值更准确。

附图说明

图1是目前利用电场遥测设备对输电线路进行遥测时的工作示意图。

图2是本申请公开的电场遥测系统的系统示意图。

图3是本申请中的电容遥测电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种电场遥测系统，请参考图2，该系统包括：电场遥测设备10和主站系统20，电场遥测设备10与主站系统20建立通信连接，该电场遥测设备10可以实现为暂态录波型故障指示器，主站系统20即为该系统的后台设备，比如上位机、服务器等。进一步的，本申请的电场遥测设备10包括数据采集单元11和数据汇集单元12，数据采集单元11和数据汇集单元12中豆包括用于数据处理的电路板，两者都可以基于型号为SPP-PJYL-N000的电路板。数据采集单元11可以包括多个，比如暂态录波型故障指示器通常包括三个数据采集单元11和一个数据汇集单元12，数据采集单元11安装在输电线路上，数据汇集单元12通常采用架空导线悬挂安装或电杆固定安装方式，数据采集单元11与数据汇集单元12之间建立无线通讯连接，通常是通过422Mhz实现无线通讯；数据汇集单元12与主站系统20之间建立通讯连接，通常是利用4G或GPRS等方式实现通讯。

电场遥测设备10中包括电容遥测电路和环境参数检测传感器，实际实现时，电容遥测电路设置在数据采集单元11中，用于测量输电线路的对地电容作为测量电容C_测量。请参考图3示出的电容遥测电路的电路图，电容遥测电路包括运算放大器D1，运算放大器D1的正电源端接供电端VCC、负电源端接地。运算放大器D1的同相输入端依次连接第三电阻R3、第二电阻R2和第一电阻R1后接地，第一电阻R1与第二电阻R2的公共端连接第一电容C1，第一电容C1的另一端接地，运算放大器D1的同相输入端还分别连接第四电阻R4和第二电容C2，第四电阻R4的另一端与第二电容C2的另一端分别连接第五电阻R5的两端，第四电阻R4与第五电阻R5的公共端连接恒压源+IN，第二电容C2和第五电阻R5的公共端连接运算放大器D1的反相输入端，运算放大器D1的反相输入端还分别连接第六电阻R6和第三电容C3，第六电阻R6的另一端和第三电容C3的另一端分别连接运算放大器D1的输出端，运算放大器D1的输出端还连接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端连接第四电容C4，第四电容C4的另一端接地，第七电阻R7和第四电容C4的公共端作为该电容遥测电路的输出端Vout连接数据采集单元中的电路板。其采集对地电容的原理为：在无电场的情况下，可以测得该电容遥测电路的输出端Vout输出电压值为V0；外接有场强的情况下，该电容遥测电路的输出端Vout输出电压值变为V1，在该电路中存在有如下关系：V0/V1＝C1/C_测量，而其中第一电容C1的电容值是已知且固定的，因此数据采集单元中的电路板根据该电容遥测电路输出的电压值V1即可以计算得到C_测量。

申请人对影响实际对地电容的各项因素进行了总结归纳，发现主要的几个影响因素有：环境温度T、环境湿度HR、空气压强P、空气质量数据Q和安装高度H。因此，本申请在电场遥测设备10中额外加装了环境参数检测传感器，由于数据采集单元11取电困难，且对设备体积和重量控制均有要求，且采用了低功耗和紧凑化设计，因此无法直接在数据采集单元11中再加装环境参数检测传感器，而数据汇集单元12与数据采集单元11之间的安装距离通常小于预定距离，该预定距离根据实际情况确定，通常不会超过20米，实际数据汇集单元12与数据采集单元11之间的安装距离在15米以内，因此可以认为数据汇集单元12与数据采集单元11所处环境基本一致，因此将环境参数检测传感器设置在数据汇集单元12中。本申请中的环境参数检测传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器和空气压强传感器，通过环境参数检测传感器可以检测到当前所在环境的相应的环境实测数据，包括环境温度T、环境湿度HR和空气压强P。

空气质量数据Q一般是空气污染指数，空气质量数据Q通常难以通过加装传感器直接测得，因此本申请获取第三方环境监测系统30发布的数据，为此主站系统20还连接第三方环境监测系统30，第三方环境监测系统30一般是环保部门的系统，其用于提供空气质量数据Q。

安装高度H在电场遥测设备10安装完成后通常就是固定的取值，而且安装高度H会写入该电场遥测系统的系统数据库40中，因此主站系统20还连接数据库系统40，数据库系统40中存储有电场遥测设备的安装高度H。

如图2还示出了该系统的信息流向，该系统的工作原理如下：数据采集单元11通过电容遥测电路测量得到输电线路的测量电容C_测量并发送给数据汇集单元12，数据汇集单元12通过环境参数检测传感器检测相应的环境实测数据，包括环境温度T、环境湿度HR和空气压强P。数据汇集单元12将接收到的测量电容C_测量，以及检测到的环境温度T、环境湿度HR和空气压强P发送给主站系统20，主站系统20从第三方环境监测系统30中获取空气质量数据Q、从数据库系统40中获取安装高度H，然后就可以按照预先确定好的公式利用测量电容C_测量、环境参数以及安装高度H确定得到修正电容C_修正，环境参数包括环境实测数据和空气质量数据Q，也即在本申请中包括环境温度T、环境湿度HR、空气压强P和空气质量数据Q。确定得到修正电容C_修正后，就可以如背景技术部分所述，根据得到的修正电容C_修正计算得到输电线路的遥测电场值E_A。然后主站系统20会将遥测电场值E_A下发给数据汇集单元12和数据采集单元11，以供电场遥测设备10进行故障诊断，同时还会将遥测电场值E_A写入数据库系统40，以及在显示屏的平台界面上进行展示。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于电容修正原理的电场遥测系统，其特征在于，所述系统包括：电场遥测设备和主站系统，所述电场遥测设备与所述主站系统建立通信连接，所述电场遥测设备中包括电容遥测电路和环境参数检测传感器，所述电场遥测设备用于通过所述电容遥测电路测量输电线路的对地电容作为测量电容、通过所述环境参数检测传感器采集当前所在环境的环境实测数据，并将所述测量电容和所述环境实测数据发送给所述主站系统；所述主站系统还分别连接第三方环境监测系统和数据库系统，所述第三方环境监测系统用于提供空气质量数据，所述数据库系统中存储有所述电场遥测设备的安装高度，所述主站系统用于根据所述测量电容、环境参数以及所述安装高度确定修正电容，所述环境参数包括所述环境实测数据和所述空气质量数据，所述主站系统还用于根据所述修正电容确定所述输电线路的遥测电场值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述电场遥测设备包括数据采集单元和数据汇集单元，所述数据采集单元安装在所述输电线路上，所述数据汇集单元与所述数据采集单元之间的安装距离小于预定距离，且所述数据采集单元与所述数据汇集单元之间建立无线通讯连接，所述数据汇集单元与所述主站系统之间建立通讯连接；所述数据采集单元中包括所述电容遥测电路，所述数据汇集单元中包括所述环境参数检测传感器，所述环境参数检测传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器和空气压强传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述电容遥测电路包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端依次连接第三电阻、第二电阻和第一电阻后接地，所述第一电阻与所述第二电阻的公共端连接第一电容，所述第一电容的另一端接地，所述运算放大器的同相输入端还分别连接第四电阻和第二电容，所述第四电阻的另一端与所述第二电容的另一端分别连接第五电阻的两端，所述第四电阻与所述第五电阻的公共端连接恒压源，所述第二电容和所述第五电阻的公共端连接所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的反相输入端还分别连接第六电阻和第三电容，所述第六电阻的另一端和所述第三电容的另一端分别连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端还连接第七电阻，所述第七电阻的另一端连接第四电容，所述第四电容的另一端接地，所述第七电阻和所述第四电容的公共端作为所述电容遥测电路的输出端。