基于电场反演的变电站暂态电压地电位式测量装置的制作方法

本实用新型涉及高压测量领域，具体是基于电场反演的变电站暂态电压地电位式测量装置。

背景技术：

电力系统中的变电站导线实时电压状态反映了整条线路、变电站设备、负载等的运行状态，特别是当线路遭遇雷击、出现谐振、发生线路接地或设备故障等事故时，导线电压幅值与波形会出现波动。通过对变电站导线电压，包括工频稳态电压与雷击、系统短路或故障产生的高频过电压信号进行实时监测，有助于准确判断故障，查找问题。

为了监测变电站导线电压，现今具有以下公开文献：

中国专利公开号CN 101382568A于2009年3月11日公开了一种光纤式电压测量方法及其测量装置，其通过在被测高压导线表面放置金属感应极板，并由光纤传递感应极板电容分压数值，进而对导线暂态电压进行测量。该装置应用时需在高电位处布置感应极板，必须停电作业，会给供电公司和用户带来不便。

中国专利公开号CN 104950189A于2015年9月30日公开了一种光纤工频高压电场测量探头，其通过电荷感应电场测量法来测量工频电场。该装置成本低，但是应用时响应速度较慢，无法准确测量高幅值，快变化的瞬态电场。

中国专利公开号CN 105021901A于2015年11月4日公开了一种高压电场测量系统及其测量方法，其采用激光光源输出激光光束，通过电场传感器后经过电场调制，随后传输至光电探测器，处理后得到电场强度。该装置应用时易受外界环境干扰，无法直接用于线路电压的实时监测。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有变电站电压监测装置安装时需停电作业和应用时易受外界环境干扰的技术问题，提供了基于电场反演的变电站暂态电压地电位式测量装置，其在安装与检修时不用对线路停电，且采用电场反演的方式进行测量，在应用时具有良好的抗外界环境干扰能力，能提升测量准确度。

本实用新型解决上述问题主要通过以下技术方案实现：基于电场反演的变电站暂态电压地电位式测量装置，包括电场传感器、传感器定位机构、定位管及信号收发器，所述传感器定位机构包括屏蔽箱和绝缘盖，所述屏蔽箱上端开口，绝缘盖与屏蔽箱连接且封闭屏蔽箱的上端开口，所述定位管竖直设置且其上端与屏蔽箱底部固定连接；所述电场传感器设于屏蔽箱内，电场传感器连接有两根通讯线，两根所述的通讯线依次穿过屏蔽箱和定位管后与信号收发器连接。本实用新型为地电位式测量，电场传感器采用电学电场传感器或光学电场传感器，对于电学电场传感器，原理为将电场传感器表面产生的感应电荷转换为电压信号；对于光学电场传感器，原理为基于Pockels效应，采用了共路干涉结构，分析TE、TM模式下的偏振光经过传感器后产生的相位差，反推传感器表面电场强度。本实用新型应用时，定位管下端固定在水泥基座上。

进一步的，所述传感器定位机构还包括设于屏蔽箱内的传感器支座、绝缘支柱及底座，所述底座与屏蔽箱内底部固定连接，传感器支座通过绝缘支柱支承固定于底座上方，所述电场传感器固定于传感器支座上。本实用新型通过绝缘支柱将电场传感器支撑在屏蔽箱内最高点处，使得本实用新型应用时被测相具有足够大的场强。

进一步的，所述传感器支座上端面内凹构成有卡槽，所述卡槽为两端开口分别位于传感器支座相对两侧的矩形通槽，所述电场传感器嵌入卡槽内。本实用新型通过在传感器支座上设置卡槽，使得本实用新型应用时便于固定电场传感器和通讯线布线，而将卡槽设置为矩形通槽，能保证电场线的穿透，可以降低传感器支座对被侧点电场强度的影响。

进一步的，所述传感器支座上端面位于卡槽两侧的区域均为斜面，且该斜面靠近卡槽一侧的水平高度高于其远离卡槽一侧的水平高度。

进一步的，所述屏蔽箱的侧壁设置有百叶窗。本实用新型通过设置百叶窗，使得本实用新型应用时便于屏蔽箱通风散热。

进一步的，所述定位管包括上管、下管及管连接件，所述上管和下管均竖直设置，所述上管下端通过管连接件与下管上端固定连接。如此，本实用新型应用时可对定位管进行拆装，使得本实用新型应用时便于转移。

进一步的，所述管连接件为具有内螺纹的螺纹管，所述上管下端和下管上端均设有与管连接件内螺纹匹配的外螺纹，所述上管和下管均通过螺纹匹配的方式与管连接件连接。本实用新型的上管和下管均通过螺纹匹配的方式与管连接件连接，能保证定位管的机械强度，使得本实用新型应用时安全可靠。

基于上述测量装置测量导线电压的方法，包括以下步骤：将测量装置分别立于三相导线正下方，用于测量导线电压产生的空间电场在电场传感器上表面处的法向分量，利用反演计算得到各相导线电压。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：(1)本实用新型所述的测量装置整体结构简单，便于实现，成本低，本实用新型应用时，电场传感器放置于屏蔽箱内，屏蔽箱主要接收其正上方的电场，可以屏蔽非被测相导线或变电站其他带电设备产生的干扰电场，如此，本实用新型应用时能保证测量的准确度。

(2)本实用新型应用时为地电位式测量，在本实用新型应用时将电场传感器设于各相导线的下方，监测传感器表面的电场法向分量，通过反演计算可以对三相导线的暂态电压进行同步监测，在装置的安装、测量、检修过程中不影响系统安全运行。

(3)本实用新型应用时可以在地电位处进行110kV及以上变电站的工频稳态及暂态电压实时测量，安全可靠，抗干扰能力强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图；

图2图1中传感器定位机构的剖视结构示意图。

附图中标记所对应的零部件名称：1、电场传感器，2、传感器支座，3、绝缘支柱，4、底座，5、屏蔽箱，6、定位法兰，7、通讯线，8、绝缘盖，9、百叶窗，10、上管，11、下管，12、管连接件，13、安装板，14、信号收发器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1及图2所示，基于电场反演的变电站暂态电压地电位式测量装置，包括电场传感器1、传感器定位机构、定位管及信号收发器14，其中，传感器定位机构包括屏蔽箱5和绝缘盖8，本实施例的屏蔽箱5上端开口，绝缘盖8与屏蔽箱5连接且封闭屏蔽箱5的上端开口。为了使本实施例应用时便于排水，本实施例的绝缘盖8设置为锥筒状。本实施例的定位管竖直设置，定位管上端与屏蔽箱5底部固定连接，定位管下端连接有安装板13。本实施例在具体设置时，屏蔽箱5和安装板13均采用不锈钢材料制成，安装板13为正方形平板，其四角处均设置有圆形通孔，本实施例应用时，采用螺杆穿过安装板13上的圆形通孔并嵌入水泥基座内，以实现本实施例的固定。本实施例的电场传感器1设于屏蔽箱5内，电场传感器1连接有两根通讯线7，两根通讯线7均依次穿过屏蔽箱5和定位管后与信号收发器14连接。本实施例在具体设置时，因尼龙具有便于加工、机械强度高、绝缘性能好等优点，绝缘盖8的材质优选采用尼龙。

本实施例应用时，以根据电场传感器1放置处的电场强度法向分量，设计其测量范围与灵敏度，响应速度最快达ns级、带宽有效覆盖20Hz～100MHz，以使本实施例能够满足工频稳态电压与快速变化暂态电压测量的幅值、响应速度和带宽要求。

采用本实施例测量导线电压时，具体包括以下步骤：将测量装置分别立于三相导线正下方，用于测量导线电压产生的空间电场在电场传感器1上表面处的法向分量，利用反演计算得到各相导线电压。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的传感器定位机构还包括传感器支座2、绝缘支柱3及底座4，其中，传感器支座2、绝缘支柱3及底座4均设于屏蔽箱5内，底座4与屏蔽箱5内底部固定连接，传感器支座2通过绝缘支柱3支承固定于底座4上方，电场传感器1固定于传感器支座2上。本实施例在具体设置时，绝缘支柱3的材质也优选采用尼龙。

本实施例的底座4为长方体结构，其上端面中央部位内凹构成有圆形凹槽，该圆形凹槽的底部为圆形薄壁，薄壁上开有两个圆形通孔，每个圆形通孔处对应固定一个定位法兰6，定位法兰6供通讯线7穿过，为了便于安装定位法兰6和通讯线7，本实施例的屏蔽箱5底部中央也开设有圆形通孔。

本实施例中绝缘支柱3的数量为两根，为了使本实施例应用时拆装便捷，绝缘支柱3一端设置螺纹孔，该端通过绝缘螺丝与传感器支座2固定连接，绝缘支柱3另一端为外壁设置外螺纹的圆柱状凸台，底座4上设置有螺纹孔，该螺纹孔具有与圆柱状凸台外螺纹匹配的内螺纹，绝缘支柱3通过其圆柱状凸台嵌入底座4的螺纹孔内与底座4固定连接。

底座两侧共对称设置四个螺纹通孔，内侧两个螺纹通孔与绝缘支柱的圆柱状凸台配合，外侧两个螺纹通孔通过不锈钢螺丝与不锈钢屏蔽箱配合

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的传感器支座2上端面内凹构成有卡槽，其中，卡槽为两端开口分别位于传感器支座2相对两侧的矩形通槽，电场传感器1嵌入卡槽内。本实施例在具体设置时，传感器支座2上端面位于卡槽两侧的区域均为斜面，且该斜面靠近卡槽一侧的水平高度高于其远离卡槽一侧的水平高度。

实施例4：

为了使本实施例应用时便于屏蔽箱5内部区域通风散热，本实施例在实施例1～实施例3中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的屏蔽箱5的侧壁设置有百叶窗9。

实施例5：

本实施例在实施例1～实施例4中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的定位管包括上管10、下管11及管连接件12，其中，上管10和下管11均竖直设置，上管10下端通过管连接件12与下管11上端固定连接。本实施例在具体设置时，管连接件12为具有内螺纹的螺纹管，上管10下端和下管11上端均设有与管连接件12内螺纹匹配的外螺纹，上管10和下管11均通过螺纹匹配的方式与管连接件12连接。为了使本实施例应用时便于将定位管固定在屏蔽箱5上，本实施例的屏蔽箱5下端固定有竖直设置的连接管，该连接管设有外螺纹，上管10上端设有与连接管外螺纹匹配的内螺纹，连接管通过螺纹匹配的方式与上管10上端固定连接。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。