便携式全光学过压采集装置和系统的制作方法

本实用新型涉及过压采集技术，尤指一种便携式全光学过压采集装置和系统。

背景技术：

过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

过电压分外过电压和内过电压两大类。

外过电压又称雷电过电压、大气过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起的。分直击雷过电压和感应雷过电压两种。直击雷过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备(包括二次设备、通信设备)上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。

内过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。

对过电压进行监控，从而可以采取措施加以限制，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。

目前较为成熟的过电压测量方法主要利用的是电容分压器的原理。采用高压分压器或电容式套管末屏连接低压臂分压器的方式，将高压侧电压转化为可采集的低电压信号。但该方案受到杂散电容、电感等因素的影响，导致测量精度不够高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种便携式全光学过压采集装置和系统，可以对电力系统的过电压进行采集。

为了达到本实用新型目的，本实用新型提供了一种便携式全光学过压采集装置，包括：依次相连的光电模块、数据采集模块和中央控制及数据处理模块，其中，

所述光电模块包括光源发送单元和光电接收单元，所述光源发送单元将发出的单偏振光输入至光学电场传感器；所述光电接收单元采集所述光学电场传感器输出的含有电压变化信息的光信号，转换成电压信号，发送至数据采集模块；

所述数据采集模块将所述电压信号从模拟信号转换为数字信号，发送至所述中央控制及数据处理模块；

所述中央控制及数据处理模块对接收到的数字信号进行监测以及采集过压信息。

可选地，所述便携式全光学过压采集装置还包括与中央控制及数据处理模块相连的人机界面模块，其中，

所述人机界面模块接收用户的输入，以及显示所述中央控制及数据处理模块的输出。

可选地，所述便携式全光学过压采集装置还包括分别与所述光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块和人机界面模块相连的电源监控模块，其中，所述电源监控模块包括相连的电源监控单元和充放电单元，

所述电源监控单元使用交流电源的交流电或充放电单元的直流电为光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块和人机界面模块提供工作电源并进行电源监控；

所述充放电单元在所述便携式全光学过压采集装置接通交流电源时，进行充电，在所述便携式全光学过压采集装置与交流电源断开时，为所述光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块、人机界面模块和电源监控单元供电。

可选地，所述光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块、人机界面模块和电源监控模块设置在便携式安全防护箱中，所述便携式安全防护箱包含机箱面板，所述机箱面板与所述光电模块、中央控制及数据处理模块和电源监控模块相连。

可选地，所述机箱面板上设置有：与所述光电模块相连的光纤适配器，与所述中央控制及数据处理模块相连的网络接口和数据接口，与所述电源监控模块相连的电源开关和电源指示灯。

可选地，所述光源发送单元为单模的超辐射发光二极管SLD激光器。

可选地，所述光电接收单元为光电探测器。

可选地，所述中央控制及数据处理模块为PC104总线工业控制计算机。

本实用新型还提供一种便携式全光学过压采集系统，包括：便携式全光学过压采集装置和光学电场传感器，所述便携式全光学过压采集装置与光学电场传感器通过光纤相连，其中，

所述便携式全光学过压采集装置，包括：依次相连的光电模块、数据采集模块和中央控制及数据处理模块，其中，所述光电模块包括光源发送单元和光电接收单元，所述光源发送单元将发出的单偏振光输入至所述光学电场传感器；所述光电接收单元采集所述光学电场传感器输出的含有电压变化信息的光信号，并转换成电压信号，发送至数据采集模块；所述数据采集模块将所述电压信号从模拟信号转换为数字信号，发送至所述中央控制及数据处理模块；所述中央控制及数据处理模块对接收到的数字信号进行监测以及采集过压信息；

所述光学电场传感器接收所述光源发送单元发送单偏振光，感应输电线路的电场变化，将含有电压变化信息的光信号至所述光电接收单元。

可选地，所示便携式全光学过压采集装置还包括与中央控制及数据处理模块相连的人机界面模块，以及分别与所述光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块和人机界面模块相连的电源监控模块，其中，

所述人机界面模块接收用户的输入，以及显示所述中央控制及数据处理模块的输出；

所述电源监控模块包括相连的电源监控单元和充放电单元，所述电源监控单元使用交流电源的交流电或充放电单元的直流电为光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块和人机界面模块提供工作电源并进行电源监控；所述充放电单元在所述便携式全光学过压采集装置接通交流电源时，进行充电，在所述便携式全光学过压采集装置与交流电源断开时，为所述光电模块、数据采集模块、中央控制及数据处理模块、人机界面模块和电源监控单元供电。

本实用新型实施例的便携式全光学过压采集装置，包括：依次相连的光电模块、数据采集模块和中央控制及数据处理模块，其中，所述光电模块包括光源发送单元和光电接收单元，所述光源发送单元将发出的单偏振光输入至光学电场传感器；所述光电接收单元采集所述光学电场传感器输出的含有电压变化信息的光信号，转换成电压信号，发送至数据采集模块；所述数据采集模块将所述电压信号从模拟信号转换为数字信号，发送至所述中央控制及数据处理模块；所述中央控制及数据处理模块对接收到的数字信号进行监测以及采集过压信息。本实用新型提供了可以对输电线路附近空间电场波形进行测量的便携式变电站过电压采集设备，通过本实用新型，可以快速有效的完成对外过电压和内过电压的采集的工作，通过挂网运行可以为电力系统的事故分析提供科学依据，为电网的正常运行与事故避免提供有效保障。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为本实用新型实施例的便携式全光学过压采集系统示意图；

图2为本实用新型实施例的便携式全光学过压采集装置示意图；

图3为本实用新型实施例的便携式安全防护箱的外观示意图。

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，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本实用新型实施例的便携式全光学过压采集系统，包括：便携式全光学过压采集装置100和光学电场传感器200，所述便携式全光学过压采集装置与光学电场传感器通过光纤相连。

其中，所述光学电场传感器200接收便携式全光学过压采集装置100中的光源发送单元发送单偏振光，感应输电线路的电场变化，将含有电压变化信息的光信号至便携式全光学过压采集装置100中的光电接收单元。

其中，所述光学电场传感器200，通过输入光纤接收单偏振光，将单偏振光分解为在传感器晶体的快轴和慢轴上传播的两路偏振光信号，并用于感应电力系统(例如如图1所示的输电线路或带电设备)中的电压产生的电场，基于泡克耳斯效应，传感器感应的电场改变晶体快轴和慢轴中传播光的折射率，对两路光进行调制，使两路光产生与电场大小相对应的相位差，两路光在传感器晶体的输出端发生干涉，得到包含有电力系统中电压变化信息的椭圆偏振态激光，通过输出光纤发送至便携式全光学过压采集装置100中的光电接收单元。

如图2所示，本实用新型实施例的便携式全光学过压采集装置100，包括：依次相连的光电模块110、数据采集模块120和中央控制及数据处理模块130，其中，

所述光电模块110包括光源发送单元111和光电接收单元112，所述光源发送单元111将发出的单偏振光输入至所述光学电场传感器200；所述光电接收单元112采集所述光学电场传感器200输出的含有电压变化信息的光信号，并转换成电压信号，发送至数据采集模块120。

所述光源发送单元111可以由激光源实现，激光源可采用单模的SLD(Super luminescent diodes，超辐射发光二极管)激光器，采用宽光谱、高可靠、低相干性的SLD为核心器件，具有输出功率大、稳定性高的优点。

所述光电接收单元112可采用光电探测器，其为模拟光探测模块，集成了高速响应PIN光电探测器和低噪声放大器，光纤或自由空间耦合，SMA连接器输出，具有高增益、高灵敏度、增益平坦的特点。光电接收单元112搭配法兰接口能够有效保证信号的稳定性。光电模块110的外壳可采用屏蔽机壳，有效隔绝外部干扰，提高信号稳定性。

所述数据采集模块120将所述电压信号从模拟信号转换为数字信号，发送至所述中央控制及数据处理模块130；

数据采集模块120可采用高速数据采集卡，例如使用Pico5243B示波器实现，其具有100MHz带宽，1Gs/s采样频率，稳定性好，功耗低等特点。

光电模块110和数据采集模块120之间可采用BNC同轴屏蔽电缆通讯。

所述中央控制及数据处理模块130对接收到的数字信号进行监测以及采集过压信息。

中央控制及数据处理模块130可以是工控机主板，例如采用研华工业级主板PCM3362，其采用Intel Atom N450处理器和高达2GB的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)，芯片组为N270系列，留有2GB flash(闪存)及4个USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口，前端总线频率大1600Hz，具有速度快、工作方式灵活、可靠性高、信息处理能力强、成本低、适用范围广、超低功耗等特点。

数据采集模块120和中央控制及数据处理模块130之间可采用高速数据总线通讯。

可选地，便携式全光学过压采集装置100，还包括与中央控制及数据处理模块130相连的人机界面模块140，其中，

所述人机界面模块140接收用户的输入，以及显示所述中央控制及数据处理模块的输出。

所述人机界面模块140可以是触摸屏，也可以是显示屏和输入设备的组合，所述输入设备可以是键盘、手写板、鼠标等的一种或多种组合。

可选地，便携式全光学过压采集装置100，还包括分别与所述光电模块110、数据采集模块120、中央控制及数据处理模块130和人机界面模块140相连的电源监控模块150，其中，所述电源监控模块150包括相连的电源监控单元151和充放电单元152。

所述电源监控单元151使用交流电源的交流电或充放电单元151的直流电为光电模块110、数据采集模块120、中央控制及数据处理模块130和人机界面模块140提供工作电源并进行电源监控。

所述电源监控单元151具有电源保护、监控电池电量，低电压报警，充电指示等功能，提供充放电单元152电源通/断的手动开关。

所述充放电单元152在所述便携式全光学过压采集装置100接通交流电源时，进行充电，在所述便携式全光学过压采集装置100与交流电源断开时，为所述光电模块110、数据采集模块120、中央控制及数据处理模块130、人机界面模块140和电源监控单元150供电。

所述充放电单元152可以采用蓄电池实现。

可选地，所述光电模块110、数据采集模块120、中央控制及数据处理模块130、人机界面模块140和电源监控模块150设置在便携式安全防护箱中。

如图3所示，箱体采用军用标准的便携式安全防护箱，具有较好的防震抗击能力，能够有效对内部模块进行保护，以便在现场工作中应对不同的突发情况。

所述便携式安全防护箱包含机箱面板，所述机箱面板与所述光电模块110、中央控制及数据处理模块130和电源监控模块150相连。

其中，所述机箱面板上可设置有：与所述光电模块110相连的光纤适配器(FC/APC)，与所述中央控制及数据处理模块130相连的网络接口(以太网接口)和数据接口(可以有两个或多个高速数据接口，例如USB接口)，与所述电源监控模块150相连的电源开关和电源指示灯。

机箱面板上还可设置电源保险，所述电源开关可包括总电源开关、光电模块开关，电源指示灯可包括低压报警灯和充电指示灯，低压报警灯在系统正常运行时熄灭，低压时闪烁。充电指示灯在充电时闪烁，充电完成时长亮。

测量时，交流电源经过电源监控模块150转为测量所需电源激励，为整个系统供电，电源监控模块150块对整个系统各个部分的通电情况进行实时监控。光电模块110将激光信号转换为电信号为高速数据采集模块120提供测试资源，高速数据采集模块120通过其接收端对反馈的信号进行采集，并传输至中央控制及数据处理模块130以进行数据的分析及存储。

为保证正常运行，本实用新型实施例的便携式全光学过压采集装置和系统具有如下安全性设计：

1、防差错设计：

为消除测试操作中产生人为差错的可能性，进行了防差错设计，具体措施有：

适配器均具有唯一对应的配套线缆及接口；

各连接测试孔、开关、保险座、电缆上具有明确的标识，测试孔、开关用不同颜色加以区分，电缆统一编号。

2、电源系统安全设计：

具有过流保护功能；适配器输入电源均有过流保护，直流电源设计有防反接保护电路；

电源监控模块电源输入具有防反接功能；

机箱面板上设总开关，意外情况下可立即切断系统所有电源；

危险电压处有明显警告标记并通过连线与安全地可靠连接，实现漏电保护以保证使用安全。

3、滤波、隔离设计

对总电源输入进行滤波，抑制电源线的传导干扰。

综上所述，本实用新型提供了可以对输电线路附近空间电场波形进行测量的便携式变电站过电压采集设备，通过本实用新型，可以快速有效的完成对外过电压和内过电压的采集的工作，通过挂网运行可以为电力系统的事故分析提供科学依据，为电网的正常运行与事故避免提供有效保障。便携式全光学过压采集装置和系统中所有组成部分均采用工业级货架产品，运行稳定，易于维护，便于维修。