CN212433287U - 一种非接触式高压核相器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核相器领域，涉及一种非接触式高压核相器，主要由核相参考基准和无线核相器组成。核相参考基准包括壳体、绝缘挂钩、平板电容型电场传感器、核相参考电路、电池槽和电量指示灯；无线核相器包括壳体、测距绝缘探头、平板电容型电场传感器、核相测量电路、电池槽和声光显示电路。核相参考基准主要用于检测电网信号，提供用于核相的参考信号；无线核相器通过非接触式检测待核相线路高压信号，并与接收到的参考信号对比分析，实现核相目的。本实用新型体积小巧便携，能够实现高压电场环境下线路非接触式验电，测频和多点核相，大大提高核相结果的安全性和可靠性。

Description

一种非接触式高压核相器

技术领域

本实用新型属于核相器技术领域，涉及一种非接触式高压核相器。

背景技术

在电力系统中，对相位，相序的检测十分重要，电力系统不同电网并网前，新建的变电所，输电线路，变电所改建扩建，在线路改造或检修后，都必须进行三相电路核相试验，核相正确是安全用电的前提。目前市面上最常用的高压核相器为双杆接触式高压核相器，其工作机理是两待核相高压电力线路通过较长拖线经大电阻降压后直接引入核相器比较电路，通过检测流经核相器电流的大小来判断两待核相线路是否同相，进而输出声光形式的提示信号。由于双杆接触式核相器与高压电力线路直接接触，核相装置多，操作电压高，危险系数大。

当前核相器领域的研究热点是非接触式高压核相器，常用方案有基于离散Fourie算法、相关分析法的核相器，基于过零检测与波形变换的核相器。然而，基于离散Fourier算法和相关分析法的核相器同步性要求严格，硬件性能和软件设计要求较高，稳定性不足；基于过零点检测与波形变换的核相器易受环境干扰，准确性较差。

因此现有技术中的高压核相器存在同步性要求较高，易受环境干扰，操作电压高，核相步骤繁琐，稳定性不足等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，为解决上述问题，提供一种非接触式高压核相器，能够在高压电场环境下完成待测高压电力线路非接触式验电，测频和多点核相。本实用新型可以降低同步性要求，增强抗干扰能力，大大提高核相的安全性，便捷性和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种非接触式高压核相器，包括核相参考基准11和无线核相器12；

所述的核相参考基准11包括壳体、绝缘挂钩1、平板电容型电场传感器3、核相参考电路4、电池槽6和电量指示灯7；

所述的绝缘挂钩1，通过底部的螺纹垂直安装到核相参考基准11壳体的顶部，通过绝缘挂钩1将核相参考基准11挂在参考电网上以提供参考信号；

所述的平板电容型电场传感器3，设置在核相参考基准11壳体顶部的内表面且位于绝缘挂钩1底部的正下方；

所述的核相参考电路4，设置在核相参考基准11壳体内，核相参考电路4 的输入端与平板电容型电场传感器3输出端连接，主要由降压跟随电路、低通滤波电路、电压比较电路和信号发射电路组成；所述的降压跟随电路，由电阻分压，运算放大器做电压跟随，保证电路的带负载能力；所述的低通滤波电路，采取二阶有源低通滤波，截止频率高于50Hz，方便滤除高频杂波；所述的电压比较电路，通过电压比较器完成电压过零比较，得到与电网同频的方波；所述的信号发射电路，通过无线发射模块将所得方波发送到待测端，作为核相参考基准；平板电容型电场传感器3的输出作为电路输入，用于提供系统核相参考信号；

所述的电池槽6，位于核相参考基准11壳体内，设置在核相参考电路4的下方，且通过导线与核相参考电路4相连，用于安装蓄电池为核相参考电路4 供电；

所述的电量指示灯7，设置在核相参考基准11壳体内的底部，且通过导线与核相参考电路4相连，通过显示不同颜色提示电池电量；

所述的无线核相器12包括壳体、测距绝缘探头2、平板电容型电场传感器 3、核相测量电路5、电池槽6和声光显示电路；

所述的测距绝缘探头2，通过底部的螺纹垂直安装到无线核相器12壳体的顶部；通过测距绝缘探头2将无线核相器12与高压电力线路接触，使无线核相器12处于高压线路固定距离处，通过检测该距离的感应电压大小，进行待测线路非接触式验电；

所述的平板电容型电场传感器3，设置在无线核相器12壳体顶部的内表面且位于测距绝缘探头2正下方；

所述的核相测量电路5，设置在无线核相器12壳体内，核相测量电路5的输入端与平板电容型电场传感器3的输出端相连，主要由核相信号调理电路、电池电量采集电路和主控电路组成；所述的核相信号调理电路主要由降压跟随电路、低通滤波电路、电压比较电路、精密整流电路、信号接收电路和过零点时间差获取电路组成，用于测量电场传感器感应电压，对待核相线路感应波形整形以及接收核相参考信号；所述的电池电量采集电路，主要由精密电阻分压，通过检测电池电压的方式，预估电池电量；所示的主控电路主要是由STM32单片机处理器及外围电路组成，用于待测信号测频、信号分析比对核相以及核相结果输出；

所述的电池槽6，位于无线核相器12壳体内，设置在核相测量电路5的下方，且通过导线与核相测量电路5相连，用于安装蓄电池为核相参考电路5供电；

所述的声光显示电路包括蜂鸣器8和三种不同颜色LED灯9，受主控电路控制，实现声光形式验电，核相结果显示。

所述的平板电容型电场传感器3，上下极板均为圆环形PCB极板，用于非接触式检测高压电力波形信号，上下极板感应信号通过导线输出至核相参考电路4或核相测量电路5；

所述的核相参考基准11和无线核相器12的壳体底部设有绝缘杆配套螺纹 10，用于安装和拆卸可伸缩绝缘杆，便于核相操作。

所述的绝缘挂钩1和测距绝缘探头2的材质为橡胶。

本实用新型的有益效果：

本实用新型能够实现高压电场环境下待测高压电力线路非接触式验电、测频和多点核相。本实用新型中的平板电容型电场传感器能够实现核相参考基准和无线核相器的非接触式电力线路高压检测，避免高压操作，保证核相的安全性；本实用新型的核相参考电路，通过提供与电网同频的方波作为核相参考信号，大大降低核相同步性要求，增加复杂电磁环境下的抗干扰性；本实用新型的核相测量电路通过检测距待测线路固定距离处电场传感器感应电压进行非接触式带电判断和测频，并且通过接收参考信号，多次分析比较，完成多点核相，大大提高核相的可操作性和系统可靠性。

附图说明

图1(a)和图1(b)是本实用新型的两部分组成的立体结构示意图；

图2是本实用新型的工作原理示意图；

图3是本实用新型的算法原理示意图；

图4是本实用新型的核相参考电路结构示意图；

图5是本实用新型的核相信号调理电路结构示意图；

图6是本实用新型的核相器验电核相逻辑的工作流程图。

图中：1绝缘挂钩；2测距绝缘探头；3平板电容型电场传感器；4核相参考电路；5核相测量电路；6电池槽；7电量指示灯；8蜂鸣器；9LED灯；10 绝缘杆配套螺纹；11核相参考基准；12无线核相器。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1(a)和图1(b)所示，一种非接触式高压核相器，包括核相参考基准11和无线核相器12；核相参考基准11包括壳体、绝缘挂钩1、平板电容型电场传感器3、核相参考电路4、电池槽6和电量指示灯7；无线核相器12包括壳体、测距绝缘探头2、平板电容型电场传感器3、核相测量电路5、电池槽6、蜂鸣器8和LED灯9；核相参考基准11和无线核相器12的壳体底部均设有绝缘杆配套螺纹10。

如图2、图4和图5所示，本实用新型的非接触式高压核相器的工作原理，首先平板电容型电场传感器3的高压感应输出信号送入核相参考电路4，经降压滤波、电压比较后，通过信号发射电路ASK调制后发射同频方波参考信号；然后在核相测量电路5中，一方面将高压感应输入波形进行降压滤波、精密整流后送入微处理器ADC1，进行非接触式带电判断；一方面将电压比较电路输出的信号送入微处理器TIM3，进行频率测量；另一方面通过信号接收电路接收核相参考基准，与电压比较电路输出信号一同输入过零点时间差获取电路，输出固定脉宽的方波信号，送入微处理器TIM4，进行核相处理；主处理器STM32单片机根据核相结果控制GPIO信号完成声光报警，并通过USART1与手机APP 进行蓝牙通信，将核相结果传到手机APP显示；此外，在核相过程中，电池电量采集电路实时采集电池电压送入微处理器ADC2，用于预估电池电量，保证核相器稳定运行；按键控制电路用于控制核相信号，方便控制核相时刻，灵活核相。

如图3所示，本实用新型中非接触式高压核相器的算法示意图，根据全网同频原则，利用过零点检测与波形变换相结合算法，选择待测电网内某一电源作为核相基准，同时依次感应待核相电力线路电压波形，通过比较两感应信号的相位差

完成核相操作，其中待核相线路频率

如图4所示，本实用新型中的核相参考电路结构示意图。电场传感器靠近高压电力线路感应输入，经降压跟随电路提高抗干扰性和带负载能力；之后送入低通滤波电路，滤掉高频杂波；接着，送入电压比较电路进行过零比较，得到与电网同频的方波信号；最后，通过信号发射电路经ASK调制后无线发送。

如图5所示，本实用新型中的核相信号调理电路结构示意图。核相信号调理电路前一部分电路与核相参考电路相似，输入感应信号经降压跟随、低通滤波后，将输出信号分为三路：一路经精密整流电路整流后送入微处理器ADC1，实现感应电压测量；一路经电压比较后送入微处理器TIM3引脚；另一路在电压比较后与信号接收电路接收到的核相参考信号一起送入过零点时间差获取电路，得到固定脉宽的电平信号，送入微处理器TIM4引脚。

如图6所示，为本实用新型的多功能核相器逻辑流程图。首先判断核相参考基准和无线核相器电池电量是否满足要求，当核相参考基准电量指示灯变红或无线核相器电池电量不高于30％时，发出低电量提醒；待电量正常后，检测核相参考基准发射的核相参考信号，当参考信号接收不正常时，提示参考信号接收有误；若显示基准接收正常，则满足要求，开始核相工作。然后判断线路是否带电：对经电场传感器感应，核相信号调理电路处理后送入STM32单片机 ADC1的模拟电压信号进行模数转换，并计算整流后直流脉动波形电压有效值。如果大于已标定的电压有效值，则发出声光报警，提示线路带电；反之，提示线路不带电。接着检测由主控电路TIM3引脚输入的方波信号，通过定时器输入捕获进行频率测量，判断信号频率是否为工频，若频率不正常，则提示电网频率有误；若频率正常，检测由主控电路TIM4引脚输入的固定脉宽电平信号，计算该信号高电平脉宽，通过公式得到相位差值；最后判断两线路同相，超前或者滞后，进行核相结果显示，并通过蓝牙将核相结果无线传输至手机APP服务终端UI显示后结束测试。其中，出现低电量提醒、提示参考信号接收有误、提示线路不带电和提示电网频率有误其中一项之后，均结束测试。

本实用新型的一种非接触式高压核相器，安装时，绝缘挂钩1和测距绝缘探头2分别与对应的平板电容型电场传感器3垂直放置，并通过螺纹结合绝缘垫片与绝缘螺母固定连接；对应的平板电容型电场传感器3通过导线分别与核相参考电路4和核相测量电路5连接。

本实用新型的一种非接触式高压核相器，使用时，首先利用绝缘挂钩1将核相参考基准11悬挂在待测电力线路一端作为参考；然后利用可伸缩绝缘杆将无线核相器12的测距绝缘探头2接触同一高压线路完成自检，如果能够完成带电报警并且显示同相，则说明自检成功。接着，利用无线核相器12的测距绝缘探头2依次接触待核相高压电力线路，观察声光提示内容。如果接触电力线路后，无线核相器12的蜂鸣器8报警，说明待测线路带电；然后观察核相指示灯，即LED灯9，核相指示灯分为三种：同相，超前和滞后，通过观察不同亮灯情况，判断核相结果。

本实用新型简易便携，操作简单，通过设置核相参考基准和非接触式检测，实现非接触式验电，测频和多点核相，进一步增强核相的抗干扰性，安全性和稳定性。

Claims (5)

1.一种非接触式高压核相器，其特征在于，所述的非接触式高压核相器包括核相参考基准(11)和无线核相器(12)两部分；

所述的核相参考基准(11)包括壳体、绝缘挂钩(1)、平板电容型电场传感器(3)、核相参考电路(4)、电池槽(6)和电量指示灯(7)；

所述的绝缘挂钩(1)，通过底部的螺纹垂直安装到核相参考基准(11)壳体的顶部，通过绝缘挂钩(1)将核相参考基准(11)挂在参考电网上以提供参考信号；

所述的平板电容型电场传感器(3)，设置在核相参考基准(11)壳体顶部的内表面且位于绝缘挂钩(1)底部的正下方；

所述的核相参考电路(4)，设置在核相参考基准(11)壳体内，核相参考电路(4)的输入端与平板电容型电场传感器(3)输出端连接，主要由降压跟随电路、低通滤波电路、电压比较电路和信号发射电路组成；所述的降压跟随电路，由电阻分压，运算放大器做电压跟随，保证电路的带负载能力；所述的低通滤波电路，采取二阶有源低通滤波，截止频率高于50Hz，以滤除高频杂波；所述的电压比较电路，通过电压比较器完成电压过零比较，得到与电网同频的方波；所述的信号发射电路，通过无线发射模块将所得方波发送到待测端，作为核相参考基准；平板电容型电场传感器(3)的输出作为电路输入，用于提供系统核相参考信号；

所述的电池槽(6)，位于核相参考基准(11)壳体内，设置在核相参考电路(4)的下方，且通过导线与核相参考电路(4)相连，用于安装蓄电池为核相参考电路(4)供电；

所述的电量指示灯(7)，设置在核相参考基准(11)壳体内的底部，且通过导线与核相参考电路(4)相连，通过显示不同颜色提示电池电量；

所述的无线核相器(12)包括壳体、测距绝缘探头(2)、平板电容型电场传感器(3)、核相测量电路(5)、电池槽(6)和声光显示电路；

所述的测距绝缘探头(2)，通过底部的螺纹垂直安装到无线核相器(12)壳体的顶部；通过测距绝缘探头(2)将无线核相器(12)与高压电力线路接触，使无线核相器(12)处于高压线路固定距离处，通过检测该距离的感应电压大小，进行待测线路非接触式验电；

所述的平板电容型电场传感器(3)，设置在无线核相器(12)壳体顶部的内表面且位于测距绝缘探头(2)正下方；

所述的核相测量电路(5)，设置在无线核相器(12)壳体内，核相测量电路(5)的输入端与平板电容型电场传感器(3)的输出端相连，主要由核相信号调理电路、电池电量采集电路和主控电路组成；所述的核相信号调理电路主要由降压跟随电路、低通滤波电路、电压比较电路、精密整流电路、信号接收电路和过零点时间差获取电路组成，用于测量电场传感器感应电压，对待核相线路感应波形整形以及接收核相参考信号；所述的电池电量采集电路，主要由精密电阻分压，通过检测电池电压的方式，预估电池电量；所示的主控电路主要是由STM32单片机处理器及外围电路组成，用于待测信号测频、信号分析比对核相以及核相结果输出；

所述的电池槽(6)，位于无线核相器(12)壳体内，设置在核相测量电路(5)的下方，且通过导线与核相测量电路(5)相连，用于安装蓄电池为核相参考电路5供电；

所述的声光显示电路包括蜂鸣器(8)和三种不同颜色LED灯(9)，受主控电路控制，实现声光形式验电，核相结果显示。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式高压核相器，其特征在于，所述的平板电容型电场传感器(3)，上下极板均为圆环形PCB极板，用于非接触式检测高压电力波形信号，上下极板感应信号通过导线输出至核相参考电路(4)或核相测量电路(5)。

3.根据权利要求1或2所述的一种非接触式高压核相器，其特征在于，所述的核相参考基准(11)和无线核相器(12)的壳体底部设有绝缘杆配套螺纹(10)，用于安装和拆卸可伸缩绝缘杆，便于核相操作。

4.根据权利要求1或2所述的一种非接触式高压核相器，其特征在于，所述的绝缘挂钩(1)和测距绝缘探头(2)的材质为橡胶。

5.根据权利要求3所述的一种非接触式高压核相器，其特征在于，所述的绝缘挂钩(1)和测距绝缘探头(2)的材质为橡胶。

Images