专利名称：非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及智能电网领域中的电子传感器，特别涉及一种有源型电子式的单极式电压传感器及电压测量方法。
背景技术：
现代电力系统发展的特点是大容量、高电压、小型化、数字化和输配电系统自动化。电网电压的不断提高，使传统互感器的体积愈来愈大，绝缘结构愈来愈复杂，制造的难度也愈来愈提高。同时，传统互感器存在的磁滞、磁饱和、二次不能开路、线性度低、静态和动态准确范围小等问题日益突出，已经不能为电力系统发展提供保证。由于传统互感器输出为模拟信号，不能为输配电系统自动化提供所需的数字信号，因而也成为数字化变电站必须解决的难题。另外，传统的电磁式电流电压互感器体积大，结构复杂，铁心易饱和，可靠性差，集成度与数字化不高，绝缘性能要求高。诸多不便，难以满足目前基于物联网的智能电网建设要求。因此急需一种低能耗、高精度的仪器装置来采集高压输电线的电压并且能够实现采集信号的数字化、集成化。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种低能耗、高精度的仪器装置来采集高压输电线电压并且能够实现采集信号的数字化、集成化；并且该仪器的量程范围宽，不会出现饱和等现象，提高了可靠性和工作效率。本发明的目的之一是提出一种非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置；本发明的目的之二是提出一种非接触式电荷感应式高压输电线电压测量方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的本发明提供的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，包括电压测试传感器，所述电压测试传感器包括电场传感器、数据处理模块和信号输出模块；所述电场传感器采集输电线周围电场信号，并将电场信号传送到数据处理模块；所述数据处理模块将接收的电场信号，并将其转化成电压信号后传输到信号输出模块；所述信号输出模块接收电压信号，将其处理后输出到显示器。进一步，所述电场传感器包括两个半球壳式电极和置于两个半球壳所形成空腔中的测量电容，所述测量电容的两极板分别与半球壳式电极连接；进一步，所述数据处理模块包括测量信号放大电路、一次转换器和无线发送模块、 所述测量信号放大电路的输入端与测量电容的两极板连接，所述测量信号放大电路的输出端与一次转换器的输入端连接，所述一次转换器的输出端与无线发送模块的输入端连接；进一步，所述一次转换器包括A/D转换模块和MCU数据处理器，所述A/D转换模块将电场传感器采集输电线周围电场信号由模拟信号转换为数字信号，所述MCU数据处理器用于将电场信号转换为电压信号，所述A/D转换模块的输入端与测量信号放大电路的输出端连接，所述A/D转换模块的输出端与MCU数据处理器的输入端连接；进一步，所述输出模块包括无线发送模块、无线接收模块、二次转换器和信号输出端口，所述MCU数据处理器的输出端与无线发送模块的输入端连接，所述无线发送模块向无线接收模块发送信号，所述无线接收模块、二次转换器和信号输出端口依次连接；进一步，所述信号输出端口设置有模拟信号输出通道和数字信号输出通道；进一步，还包括设置至少一个电压校正传感器，所述电压校正传感器与所述电压测试传感器为同种类型的传感器，所述电压校正传感器与电压测试传感器固定于以高压输电线为中心的两个相对位置上；进一步，所述无线发送模块按照数据通信协议层的数据协议格式向无线接收模块发送信号，所述无线接收模块采用RF接口并按照物联电网数据协议栈格式通过通信协议栈传输到物联网；本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的本发明提供的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量方法，包括以下步骤(1)分别将电压测试传感器和电压校正传感器固定安装于高压输电线的相对两个位置；(2)通过电压测试传感器和电压校正传感器分别获取测量电容的感应电压；(3)将感应电压进行放大、滤波处理和A/D采样分别得到测量感应电压U3tt，校正感应电压U校正；(4)通过下列公式将测量感应电压U测量 和校正感应电压U校正 分别换算为测量感应电场E测量,校正感应电场E校正 ；
权利要求
1.非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于包括电压测试传感器，所述电压测试传感器包括电场传感器、数据处理模块和信号输出模块；所述电场传感器采集输电线周围电场信号，并将电场信号传送到数据处理模块； 所述数据处理模块将接收的电场信号，并将其转化成电压信号后传输到信号输出模块；所述信号输出模块接收电压信号，将其处理后输出到显示器。
2.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述电场传感器包括两个半球壳式电极和置于两个半球壳所形成空腔中的测量电容， 所述测量电容的两极板分别与半球壳式电极连接。
3.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述数据处理模块包括测量信号放大电路、一次转换器和无线发送模块、所述测量信号放大电路的输入端与测量电容的两极板连接，所述测量信号放大电路的输出端与一次转换器的输入端连接，所述一次转换器的输出端与无线发送模块的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述一次转换器包括A/D转换模块和MCU数据处理器，所述A/D转换模块将电场传感器采集输电线周围电场信号由模拟信号转换为数字信号，所述MCU数据处理器用于将电场信号转换为电压信号，所述A/D转换模块的输入端与测量信号放大电路的输出端连接，所述 A/D转换模块的输出端与MCU数据处理器的输入端连接。
5.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述输出模块包括无线发送模块、无线接收模块、二次转换器和信号输出端口，所述 MCU数据处理器的输出端与无线发送模块的输入端连接，所述无线发送模块向无线接收模块发送信号，所述无线接收模块、二次转换器和信号输出端口依次连接。
6.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述信号输出端口设置有模拟信号输出通道和数字信号输出通道。
7.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于还包括至少一个电压校正传感器，所述电压校正传感器与所述电压测试传感器为同种类型的传感器，所述电压校正传感器与电压测试传感器固定于以高压输电线为中心的两个相对位置上。
8.根据权利要求1所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置，其特征在于所述无线发送模块按照数据通信协议层的数据协议格式向无线接收模块发送信号，所述无线接收模块采用RF接口并按照物联电网数据协议栈格式通过通信协议栈传输到物联网。
9.非接触式电荷感应式高压输电线电压测量方法，其特征在于包括以下步骤(1)分别将电压测试传感器和电压校正传感器固定安装于高压输电线的相对两个位置；(2)通过电压测试传感器和电压校正传感器分别获取测量电容的感应电压；(3)将感应电压进行放大、滤波处理和A/D采样分别得到测量感应电压U3 ，校正感应电压U校正；(4)通过下列公式将测量感应电SU3 和校正感应电压Uei分别换算为测量感应电场E测量，校正感应电场E校正；
10.根据权利要求9所述的非接触式电荷感应式高压输电线电压测量方法，其特征在于所述步骤(5)中包括如果测量感应电场E3tt与校正感应电场Ek的差值大于或等于预设值，则返回步骤O)。
全文摘要
本发明公开了一种非接触式电荷感应式高压输电线电压测量装置及方法，涉及智能电网领域中的电子传感器，包括电压测试传感器，所述电压测试传感器包括采集输电线周围电场信号电场传感器和电压校正传感器，接收的电场信号，并将其转化成电压信号的数据处理模块，号输出模块接收电压信号，将其处理后输出到显示器；所述电场传感器包括两个半球壳式电极和置于两个半球壳所形成空腔中的测量电容，所述测量电容的两极板分别与半球壳式电极连接；本发明将采集信号进行数字化传输，提高了提高精度，量程范围宽，不会出现饱和等现象，传感器为单极式非接触传感器，安装简单，拆卸方便，体积小，为电网建设和维护提供了极大的方便。
文档编号G01R19/25GK102156218SQ20111006484
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者何为, 刘聪汉, 汪金刚, 王平, 魏钢 申请人:重庆大学