CN210037953U - 一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，属于电力系统过电压检测技术领域，包括非接触式过电压监测传感器、嵌入式监控设备和后台数据处理设备；所述非接触式过电压监测传感器安装在高压输电塔上，所述非接触式过电压监测传感器通过同轴电缆与嵌入式监控设备连接，所述嵌入式监控设备通过无线传输与后台数据处理设备连接，本实用新型实现了对架空输电线路瞬态过电压的在线监测，且监测过程安全，监测的过电压信号准确。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，属于电力系统过电压检测技术领域。
背景技术
随着电力系统的发展以及电压等级的提高，高压输电线塔的高度也随之增高，导致架空输电线路更容易遭受雷电过电压的侵袭，轻则导致电气绝缘特性变差，重则引发输电线故障，引起设备损坏和造成电网事故，即使在电路系统中安装了避雷器，还是无法完全避免输电线路过电压事故，所以在电力系统中，使用过电压监测系统对输电线路过电压情况进行实时监测，不仅可以对输电线路的良好运行监控监测，同时还能预防灾害问题。
传统过电压监测系统一般采用接触式过电压检测系统，接触过电压监测系统一般是采用在高压电输电线塔安装电容分压器或者电阻分压器的方式来监测输电线过电压，虽然这种监测方式有测量精度较高、暂态响应特性好等优点，但在高压电网中，将分压器长期并联与输电导线运行会给系统带来很多潜在的风险。目前提出的非接触式过电压检测系统采用的非接触式过电压检测装置，由于外形存在尺寸突变情况，导致电场辐值集中现象出现，会影响过电压监测，并且在传感器电路设计方面，很少考虑到电子电路安全防护以及抗干扰问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，本实用新型能有效确保电子电路安全以及抗干扰。
本实用新型的技术方案是：一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，包括非接触式过电压监测传感器、嵌入式监控设备和后台数据处理设备；所述非接触式过电压监测传感器安装在高压输电塔上，所述非接触式过电压监测传感器通过同轴电缆与嵌入式监控设备连接，所述嵌入式监控设备通过无线传输与后台数据处理设备连接。
所述非接触式过电压监测传感器包括金属屏蔽壳、感应金属板、传感器电路PCB板，所述金属屏蔽壳为上端开口的圆柱体壳体，金属屏蔽壳的底部设有同轴电缆接头，金属屏蔽壳内设有感应金属板、传感器电路PCB板，所述感应金属板安装在金属屏蔽壳内部上方，所述感应金属板的两端分别通过绝缘螺丝与金属屏蔽壳连接，所述感应金属板的下方设有传感器电路PCB板，所述传感器电路PCB板的两端通过限位螺丝、限位螺母与金属屏蔽壳连接，传感器电路PCB板上设有低压臂电容C2、压敏电阻VR1、瞬态抑制二极管TVS1、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R4和接地线，所述感应金属板与低压臂电容C2的一端连接，低压臂电容C2的另一端连接至接地线的一端，所述电阻R1的一端与低压臂电容C2的一端连接，电阻R1的另一端分别与电感L1的一端、压敏电阻VR1的一端连接，压敏电阻VR1的另一端连接至接地线的一端，电感L1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、瞬态抑制二极管TVS1的一端连接，瞬态抑制二极管TVS1的另一端连接至接地线的一端，电阻R3的另一端分别与电容C3的一端、稳压二极管ⅠD1的负极连接，稳压二极管ⅠD1的正极与稳压二极管ⅠD2的负极连接，稳压二极管ⅠD2的正极连接至接地线的一端，电容C3的另一端与电容C4的一端连接后再连接至接地线的一端，电容C4的另一端分别与电容C5的一端、接地线的一端连接，电容C5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端还与电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与同轴电缆接头的内导体连接，接地线的一端连接至金属屏蔽壳，接地线的另一端与同轴电缆接头的外导体连接。
所述金属屏蔽壳的上端开口处用绝缘胶密封，金属屏蔽壳的壳内除感应金属板、传感器电路PCB板外的其余空隙部分用绝缘胶密封。绝缘胶可防止传感器内部进水，且起到固定内部感应金属板和传感器电路PCB板的作用，避免感应金属板和传感器电路PCB板与金属屏蔽壳直接接触，防止电荷流失。
所述感应金属板和低压臂电容C2组成电容分压电路，所述电容分压电路获取高压输电线中的电压信号，所述压敏电阻VR1、瞬态抑制二极管TVS1、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1组成过电压防护电路，过电压防护电路防止接收传感器信号的信号处理装置因为大幅增高的瞬态过电压而损坏，其中电阻R1、电阻R2用于限流，压敏电阻VR1为初级防护大通流量器件，电感L1和电阻R2为退耦器件，瞬态抑制二极管TVS1为次级防护低残压器件、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2也为次级防护低残压器件，过电压防护电路为三级防护电路，将瞬态过电压钳制在一定范围内，有效确保后续电子电路安全运行。
所述电容C3、电容C4、电容C5组成抗干扰电路，抗干扰电路可以有效的抑制共模和串模干扰，所述电阻R4为匹配电阻，抗干扰电路输出的信号通过匹配电阻R4后经同轴电缆传输出去。
接地线的一端连接至金属屏蔽壳，从而接地。
本实用新型的金属屏蔽壳为圆柱体结构，且金属屏蔽壳圆柱体结构的侧面与顶面、底面的连接处分别倒圆角，防止金属屏蔽壳的尺寸突变处出现电场辐值集中现象。
所述感应金属板为圆形，且半径范围为15~20mm，厚度为1~2mm。
本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型的非接触式过电压监测传感器无需供电，且非接触式过电压监测传感器的传感器电路PCB板上的电路连接保证了不会因瞬态过电压的大幅度增高而损坏，使过电压的监测更加安全，且同时抗干扰。
（2）本实用新型的非接触式过电压监测传感器金属屏蔽壳为圆柱体形，圆柱体结构大幅度降低了金属屏蔽壳的尺寸突变处出现的电场辐值集中现象，使获取的过电压信号更加精确。
（3）本实用新型实现了对架空输电线路瞬态过电压的在线监测，且监测的过电压信号准确、安全。
附图说明
图1为本实用新型在线监测装置的安装示意图；
图2为本实用新型非接触式过电压监测传感器的结构示意图；
图3为本实用新型非接触式过电压监测传感器的俯视图；
图4为本实用新型非接触式过电压监测传感器的电路连接示意图；
图中各标号：1-绝缘胶、2-绝缘螺丝、3-金属屏蔽壳、4-感应金属板、5-限位螺丝、6-限位螺母、7-同轴电缆接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1所示，本架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，包括非接触式过电压监测传感器、嵌入式监控设备和后台数据处理设备；所述非接触式过电压监测传感器安装在高压输电塔上，所述非接触式过电压监测传感器通过同轴电缆与嵌入式监控设备连接，所述同轴电缆为50Ω的电缆，非接触式过电压监测传感器将获取的高压输电线中的电压信号传输至嵌入式监控设备中，嵌入式监控设备对电压信号处理后再传输至后台数据处理设备中。
如图2~3所示，所述非接触式过电压监测传感器包括金属屏蔽壳3、感应金属板4、传感器电路PCB板，所述金属屏蔽壳3为上端开口的圆柱体壳体，金属屏蔽壳3的底部设有同轴电缆接头7，金属屏蔽壳3内设有感应金属板4、传感器电路PCB板，所述感应金属板4安装在金属屏蔽壳3内部上方，所述感应金属板4的两端分别通过绝缘螺丝2与金属屏蔽壳3连接，所述感应金属板4的下方设有传感器电路PCB板，所述传感器电路PCB板的两端通过限位螺丝5、限位螺母6与金属屏蔽壳3连接，传感器电路PCB板上设有低压臂电容C2、压敏电阻VR1、瞬态抑制二极管TVS1、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R4和接地线，所述感应金属板4与低压臂电容C2的一端连接，低压臂电容C2的另一端连接至接地线的一端，所述电阻R1的一端与低压臂电容C2的一端连接，电阻R1的另一端分别与电感L1的一端、压敏电阻VR1的一端连接，压敏电阻VR1的另一端连接至接地线的一端，电感L1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、瞬态抑制二极管TVS1的一端连接，瞬态抑制二极管TVS1的另一端连接至接地线的一端，电阻R3的另一端分别与电容C3的一端、稳压二极管ⅠD1的负极连接，稳压二极管ⅠD1的正极与稳压二极管ⅠD2的负极连接，稳压二极管ⅠD2的正极连接至接地线的一端，电容C3的另一端与电容C4的一端连接后再连接至接地线的一端，电容C4的另一端分别与电容C5的一端、接地线的一端连接，电容C5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端还与电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与同轴电缆接头7的内导体连接，接地线的一端连接至金属屏蔽壳3，接地线的另一端与同轴电缆接头7的外导体连接。
所述金属屏蔽壳3的上端开口处用绝缘胶1密封，金属屏蔽壳3的壳内除感应金属板4、传感器电路PCB板外的其余空隙部分用绝缘胶1密封。
所述感应金属板4为半径为20mm的圆形，材料为铝，厚度为1mm，所述金属屏蔽壳3的材料为钢，金属屏蔽壳3圆柱体结构的侧面与顶面、底面的连接处分别倒圆角，大幅度降低了金属屏蔽壳的尺寸突变处出现的电场辐值集中现象，使获取的过电压信号更加精确，感应金属板4下方的金属屏蔽壳3侧面的厚度为10mm，感应金属板4上方的金属屏蔽壳3侧面的厚度为4mm，所述绝缘螺丝2的材料为尼龙。
如图4所示，所述感应金属板4和低压臂电容C2组成电容分压电路，将感应金属板4看作交流电压源与高压臂电容C1串联，高压臂电容C1与低压臂电容C2串联，低压臂电容C2为陶瓷电容器，低压臂电容C2的电容大小的选取按以下规则选取，针对直径为21.66mm的高压输电线LGJ-240/40和直径为21.6mm的高压输电线LGJ-240/30。由电力安全工作规程知，由于110kV，220kv，330kV，500kV输电线路的最小安全距离分别为1.5m，3m，4m，5m，所以：将本非接触式过电压监测传感器安装在距离110kV高压导线1.5m到5m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.046nF到0.155nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离220kV高压导线3m到6m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.078nF到0.155nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离330kV高压导线4m到8m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.087nF到0.175nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离500kV高压导线5m到10m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.106nF到0.212nF，低压臂电容C2的大小与安装距离成比例关系；
所述电容分压电路获取高压输电线中的电压信号；
所述压敏电阻VR1、瞬态抑制二极管TVS1、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1组成过电压防护电路，过电压防护电路防止接收传感器信号的信号处理装置因为大幅增高的瞬态低残压器件过电压而损坏，其中电阻R1、电阻R2用于限流，压敏电阻VR1为初级防护大通流量器件，电感L1和电阻R2为退耦器件，瞬态抑制二极管TVS1为次级防护低残压器件、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2也为次级防护低残压器件，过电压防护电路为三级防护电路，将瞬态过电压钳制在一定范围内，有效确保后续电子电路安全运行。
所述电容C3、电容C4、电容C5组成抗干扰电路，抗干扰电路可以有效的抑制共模和串模干扰，所述电阻R4为匹配电阻，抗干扰电路输出的信号通过匹配电阻R4后经同轴电缆传输出去。
接地线的一端连接至金属屏蔽壳，从而接地。
本实用新型的工作过程如下：
非接触式过电压监测传感器将监测的电压信号通过同轴电缆传输至嵌入式监控设备中，嵌入式监控设备对数据进行处理后，再通过无线传输将信号传输至后台数据处理设备中进行分析，实现在线监测。
实施例2：本实施例结构同实施例1，不同之处在于，所述感应金属板（4）为半径为18mm圆形，厚度为1.5mm，所述低压臂电容C2为云母电容器，由于感应金属板面积改变，低压臂电容大小选取规则也应进行相应调整。
针对直径为21.66mm的高压输电线LGJ-240/40和直径为21.6mm的高压输电线LGJ-240/30。由电力安全工作规程知，由于110kV，220kv，330kV，500kV输电线路的最小安全距离分别为1.5m，3m，4m，5m，所以：将本非接触式过电压监测传感器安装在距离110kV高压导线1.5m到5m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.040nF到0.132nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离220kV高压导线3m到6m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.066nF到0.132nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离330kV高压导线4m到8m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.074nF到0.148nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离500kV高压导线5m到10m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.090nF到0.180nF，低压臂电容C2的大小与安装距离成比例关系。
实施例3：本实施例结构同实施例1，不同之处在于，所述感应金属板（4）为半径为15mm圆形，厚度为2mm，所述低压臂电容C2为薄膜电容器，由于感应金属板面积改变，低压臂电容大小选取规则也应进行相应调整。
针对直径为21.66mm的高压输电线LGJ-240/40和直径为21.6mm的高压输电线LGJ-240/30。由电力安全工作规程知，由于110kV，220kv，330kV，500kV输电线路的最小安全距离分别为1.5m，3m，4m，5m，所以：将本非接触式过电压监测传感器安装在距离110kV高压导线1.5m到5m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.030nF到0.100nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离220kV高压导线3m到6m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.050nF到0.100nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离330kV高压导线4m到8m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.056nF到0.112nF；将非接触式过电压监测传感器安装在距离500kV高压导线5m到10m处时，为了输出5V左右的电压波形信号，则低压臂电容C2的大小范围为0.68nF到0.136nF，低压臂电容C2的大小与安装距离成比例关系。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于，包括非接触式过电压监测传感器、嵌入式监控设备和后台数据处理设备；所述非接触式过电压监测传感器安装在高压输电塔上，所述非接触式过电压监测传感器通过同轴电缆与嵌入式监控设备连接，所述嵌入式监控设备通过无线传输与后台数据处理设备连接。
2.根据权利要求1所述的架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于：所述非接触式过电压监测传感器包括金属屏蔽壳（3）、感应金属板（4）、传感器电路PCB板，所述金属屏蔽壳（3）为上端开口的圆柱体壳体，金属屏蔽壳（3）的底部设有同轴电缆接头（7），金属屏蔽壳（3）内设有感应金属板（4）、传感器电路PCB板，所述感应金属板（4）安装在金属屏蔽壳（3）内部上方，所述感应金属板（4）的两端分别通过绝缘螺丝（2）与金属屏蔽壳（3）连接，所述感应金属板（4）的下方设有传感器电路PCB板，所述传感器电路PCB板的两端通过限位螺丝（5）、限位螺母（6）与金属屏蔽壳（3）连接，传感器电路PCB板上设有低压臂电容C2、压敏电阻VR1、瞬态抑制二极管TVS1、稳压二极管ⅠD1、稳压二极管ⅡD2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R4和接地线，所述感应金属板（4）与低压臂电容C2的一端连接，低压臂电容C2的另一端连接至接地线的一端，所述电阻R1的一端与低压臂电容C2的一端连接，电阻R1的另一端分别与电感L1的一端、压敏电阻VR1的一端连接，压敏电阻VR1的另一端连接至接地线的一端，电感L1的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、瞬态抑制二极管TVS1的一端连接，瞬态抑制二极管TVS1的另一端连接至接地线的一端，电阻R3的另一端分别与电容C3的一端、稳压二极管ⅠD1的负极连接，稳压二极管ⅠD1的正极与稳压二极管ⅠD2的负极连接，稳压二极管ⅠD2的正极连接至接地线的一端，电容C3的另一端与电容C4的一端连接后再连接至接地线的一端，电容C4的另一端分别与电容C5的一端、接地线的一端连接，电容C5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的一端还与电容C3的一端连接，电阻R4的另一端与同轴电缆接头（7）的内导体连接，接地线的一端连接至金属屏蔽壳（3），接地线的另一端与同轴电缆接头（7）的外导体连接。
3.根据权利要求2所述的架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于：所述金属屏蔽壳（3）的上端开口处用绝缘胶（1）密封，金属屏蔽壳（3）的壳内除感应金属板（4）、传感器电路PCB板外的其余空隙部分用绝缘胶（1）密封。
4.根据权利要求2或3所述的架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于：所述感应金属板（4）为圆形，且半径范围为15~20mm，厚度为1~2mm。
5.根据权利要求2 所述的架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于：金属屏蔽壳（3）圆柱体结构的侧面与顶面、底面的连接处分别倒圆角。
6.根据权利要求2 所述的架空输电线路瞬态过电压非接触式在线监测装置，其特征在于：所述低压臂电容C2为陶瓷电容器、云母电容器或薄膜电容器。
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