一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置的制作方法

本实用新型一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置，用于对电力系统架空输电线路过电压情况进行实时监测和测量。

背景技术：

电力系统在正常运行时其输电线路上的电压一般稳定在额定电压附近，但在运行中难免会遇到短路故障、雷击、电磁谐振等情况引起的过电压情况，导致系统电压大幅度波动，对电力系统设备的绝缘安全造成威胁，甚至损坏电力设备、造成重大安全事故。输配电线路的实时电压状态反映了整条线路、设备及负荷等的运行状况。因此，对输配电线路电压进行实时监测十分必要。目前，尽管各个变电站都有电压互感器对电压信号进行实时的测量和监测，但站与站之间的距离远，输电线路跨越地域广，不能很好地对各个线路进行监测，且而对于雷击、系统故障或短路产生的高频过电压信号，电压互感器无法实现准确的监测。因此，需要装在输电线路杆塔上的电压在线监测装置对过电压情况进行监测，感知电压波形参数，为变电站进行过电压分析、改善过电压防护措施、为输电线路绝缘配合提供数据依据。

目前使用的过电压装置有电容分压器、高压套管末屏分压系统、线路耦合电容式非接触电压装置。由于电容分压器长时间接入超高压线路具有一定风险，末屏分压系统有发生末屏接地断线造成末屏放电的危险，电容耦合装置需要有源数据采集传输，且易受干扰。因此亟需一种响应速度快、测量频带宽、抗干扰能力强的过电压装置。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供了一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置，利用耦合电容分压的方式，将高压电压信号转化为中低电压信号，通过电致发光材料制成的电压传感器，通过测量电致发光材料在电场的作用下发出光的强度，计算出加在电致发光材料上的电压，再根据输电导线与监测装置上的感应金属板之间的杂散电容，计算出输电导线的电压，然后将测量信号同过光纤传至变电站，实现对高压输电导线的电压的实时测量和监测。这种测量机理大大减小了该测量装置的体积和质量，并且该电致发光材料制成的光学电压传感器，不需要额外提供光源，且制造工艺简单、受电磁干扰影响小。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置，包括屏蔽外壳、感应金属板、电容C2、光学电压传感器。电容C2在屏蔽外壳和感应金属板组成的方体结构内部，电容C2的上极板与感应金属板相连，光学电压传感器夹在电容C2两极板之间。所述光学电压传感器由电致发光材料、嵌入发光材料内部的光纤、光电探针组成，光电探针与信号处理单元相连。信号处理单元通过光纤连接附近的变电站。

当光电探针探测到信号后，将信号传至信号处理单元，进行信号处理计算出测量电压，然后通过光纤将测量电压信号传至附近的变电站，通过变电站的终端，实现对输电导线过电压的监测。

所述感应金属板位于屏蔽外壳上方，通过绝缘支撑卡槽使感应金属板与屏蔽外壳之间彼此绝缘，感应金属板通过绝缘支撑卡槽固定。

所述屏蔽外壳为方体结构，由电磁屏蔽材料制成。

所述电容C2包括上极板、下极板，上极板、下极板分别位于光学电压传感器上、下两侧。所述感应金属板由金属材料制成。

所述电容C2由上、下两块金属板组成。

该监测装置在安装时，通过角铁和绝缘装置固定安装在杆塔上，并且使感应金属板正对着输电导线L0，距离输电导线L0一段距离。

本实用新型一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置，优点在于：

1：运用电致发光材料制成光学电压传感器，无需提供光源，进一步减小了该装置的体积和质量，使安装更加方便。

2：光学电压传感器部件全是非金属材料制成，能承受更高的电压，可减小感应金属板与输电导线之间的距离，进一步减小外界干扰，提高测量的准确度。

3：运用感应金属板与输电导线之间的耦合电容来实现对电压的非接触式测量，避免了与高压输电导线的直接测量，进一步解决了测量装置的绝缘问题。

4：使用光学电压传感器使之测量频带宽、范围广，响应速度快。

5：本实用新型体积小质量轻，不需提供光源，安装简单，且响应速度快，测量范围广，非接触式测量能够很好的避免对高压输电导线的直接接触，绝缘性能好，能有效的对输电过电压情况进行监测，具有很强的实用性。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型装置的光学电压传感器结构示意图。

其中：1-屏蔽外壳，2-感应金属板，3-绝缘支撑卡槽，4-电容C2，5-光学电压传感器，6-信号处理单元，7-光纤，8-电致发光材料，9-嵌入发光材料内部的光纤9，10-光电探针。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种基于电致发光效应的非接触式过电压监测装置，包括屏蔽外壳1、感应金属板2、电容C2、光学电压传感器5。电容C2在屏蔽外壳1和感应金属板2组成的方体结构内部，电容C2的上极板与感应金属板2相连，光学电压传感器5夹在电容C2两极板之间。

所述光学电压传感器5由电致发光材料8、嵌入发光材料内部的光纤9、光电探针10组成，光电探针10与信号处理单元6相连。信号处理单元6通过光纤7连接附近的变电站。当光电探针10探测到信号后，将信号传至信号处理单元6，进行信号处理计算出测量电压，然后通过光纤7将测量电压信号传至附近的变电站，通过变电站的终端，实现对输电导线过电压的监测。

所述感应金属板2位于屏蔽外壳1上方，通过绝缘支撑卡槽3使感应金属板2与屏蔽外壳1之间彼此绝缘，感应金属板2通过绝缘支撑卡槽3固定。

所述感应金属板2在输电导线L0附近的电场的作用下产生感应电荷，并与输电导线L0形成耦合电容C1。耦合电容C1由公式：

确定。其中a，b分别为感应金属板的长和宽，L为等效输电导线的长度，h为输电导线距离感应金属板的高度，z为积分变量。

所述屏蔽外壳1为方体结构，由电磁屏蔽材料制成，长宽都为50cm。

所述感应金属板2由金属材料制成，长宽都为40cm。感应金属板2由绝缘支撑卡槽3固定在屏蔽外壳1上部，且通过绝缘支撑卡槽3与屏蔽外壳1之间彼此绝缘。当该装置安装时，感应金属板2可与输电导线L0之间的距离h可取1.5m。通过感应金属板2与输电导线L0之间的耦合电容C1，实现非接触式测量。

此非接触式过电压监测装置，在测量出电容C2极板间的电压后，由耦合电容C1与电容C2串联得：

实现对输电导线电压的非接触测量。其中u1为输电导线的电压，u2为C2两端的电压。

电容C2由两块长度分别为20cm的金属板组成，包括上极板、下极板，上极板、下极板分别位于光学电压传感器5上、下两侧。

光学电压传感器5由电致发光材料ZnS:Cu和嵌入光学发光材料内部的光纤9组成。光学电压传感器5在电容C2两板间电压的作用下，电致发光材料8发光，发出的光通过光纤9传出，并被光电探针10探测到，传至信号处理单元6。信号处理单元6在接收到光电探针10的信号后，对信号进行处理计算，得到输电导线L0的测量电压值，实现对输电导线L0电压的测量，并把该测量值通过光纤7传至附件的变电站，实现对电压的监测。

整个测量装置在安装时通过角铁和绝缘装置固定安装在杆塔上，并且使感应金属板2正对着输电导线L0，距离输电导线L0距离h为1.5m。