非侵入式高压输电线路验电装置及方法与流程

本发明属于传感与量测，特别涉及一种非侵入式高压输电线路验电装置及方法。

背景技术：

1、为保障电力作业安全，减少作业人员伤亡事故，电力行业制定现场作业的操作规程，在《国家电网公司电力安全工作规程》明确规定：在电气设备上工作，应有停电、验电、装设接地线、悬挂标示牌等措施。验电时，人体应与待测设备保持安全距离，并设专人监护。装设接地线前应先验电，验明线路确无电压。其中验电是检测电气设备上工作电压是否存在的操作，需要使用高压验电器。因此电力领域对于验电设备也开展了大量研究。

2、总体上看，目前可采用的验电技术分为接触式验电设备、非接触式验电设备。接触式验电是由测量金属头、绝缘杆和人体构成的回路实现的，该技术应用范围广、技术成熟。但接触式验电因为需要直接触碰到高电压，当绝缘性能出现下降时，存在人员触电的风险，具有发生危险的可能性。并且大多数接触式验电器为声光报警式，现场的嘈杂环境很容易使操作人员产生误判断。此外，随着电网运行电压等级的提高，输电线路被架设在更高的杆塔上。输电线路架设高度从30-40米(220kv)、50-60米(500kv)、90-110米(1000kv)，不断提升的输电线路高度增加了施工人员现场施工的难度，工作人员需要在高空手持更长的验电器进行验电，给操作人员施工带来不方便，而且接触式验电器还存在验电死区、虚报警等缺陷，这导致了工作人员需要再三确认接触式验电器的报警结果。非接触式验电器就不需要与高电压相触，通过测量输电线路周围的电场强度或者通过感应电荷测量实现验电功能。非接触式验电设备具有小型化、安全性高等优点，减轻工作人员的作业负担，实现远距离验电，提高验电的安全性。但是非接触式验电器中电学式感应测量方式是实用化较好、抗干扰能力强，主要是通过使用电场传感器测量输电线路周围的电场强度及光信号等物理量进行测量，但是这类测试技术对测量的电场传感器要求较高。比如要求有较高的电场分辨力、较小的测量体积和较为明确的电场分布界面，以便于电场传感器能够在没有引入电场畸变的前提下实现电场强度的精确测量，因此长期以来非接触式验电技术存在的主要问题是测量不准的问题，并没有很好的传感技术实现工频电场的精准测量。为了提高输电线路走廊的使用效率，国内输电线路很多都是多回线路共塔架设的，输电线路的电磁场环境比较复杂。随着直流输电系统的完善，未来将有越来越多的高压交流输电线路架设在高压直流输电线路相邻处，还可能有高压交直流输电线路同走廊架设甚至还可能有同塔架设的现象，这种场景下利用电场传感器实现输电线路带电情况的准确检测更加困难。再一种情况是在输电线路检修和维护时，即使线路已经断开，但由于电容效应，仍然可能通过感应而存在非常高的高压电压，严重威胁操作人员和施工过程的安全，必须对输电线路实时检测，确认线路存在的电压维持在安全操作限制的电压范围内。因此需要研究一种更加方便实用的验电方法满足输电线路运维需求。

3、针对线路验电技术存在的问题，接触式验电应用范围广，缺点是存在验电死区、虚报警等缺陷。因接触式验电需要直接触碰到高压电，因此在高压线路应用受限。非接触式验电设备可小型化，减轻了验电人员作业负担。但因目前分辨力不足、电场畸变等，主要问题测量精度不够，特别是共塔架设输电线路非接触式验电问题更为严重。同时，330kv及以上电压等级线路验电技术和直流输电线路验电技术缺乏，通常采用绝缘绳或绝缘棒以放电声音方式验电，或采用间接方式验电，即通过开关的电气指示、隔离刀闸位置、遥信/遥测数据等进行判断，验电方式不直接。同时输电线路受临近带电线路电磁感应影响，现场线路仍然存在带电情况，因此验电精度差、成效受限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非侵入式高压输电线路验电装置及方法，通过挂非侵入式高压输电线路验电装置实现安全验电目标，以解决现有非接触式验电测量精度差、测不准的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种非侵入式高压输电线路验电装置，包括无线连接的高压验电器；

4、所述高压验电器包括：固定主体、活动环组件和mems电压传感器；

5、固定主体包括主体部和设置于主体部顶部的固定环；固定环和主体部之间形成倾斜设置的导线出入开口；

6、活动环组件包括活动环和活动环驱动部；

7、主体部中设有滑动槽，活动环与所述滑动槽滑动连接；活动环连接所述活动环驱动部；所述活动环驱动部安装于主体部中，用于驱动活动环封闭或者打开所述导线出入开口；所述主体部中安装有用于感应待测高压输电线电压的mems电压传感器；

8、当活动环驱动部驱动活动环打开导线出入开口后，高压验电器通过导线出入开口挂在待测高压输电线上。

9、本发明进一步的改进在于：活动环呈楔形状；导线出入开口为由下向上倾斜设置的出入开口，倾斜角度为15°-45°；开口的宽度大于待测导线的直径。

10、本发明进一步的改进在于：活动环驱动部包括拉杆、拉环和弹簧；活动环的一端通过拉杆连接位于主体部外周的拉环；所述拉杆穿设于主体部上所设置的与滑动槽连通的导向槽；拉杆位于滑动槽内的部分外周套设有弹簧；弹簧的一端与活动环底部抵接，弹簧的另一端与滑动槽底部抵接。

11、本发明进一步的改进在于：活动环驱动部包括拉杆和驱动电机；活动环与拉杆连接；所述拉杆的下部设有齿条；驱动电机固定在主体部中；驱动电机的输出端连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮与齿条啮合连接。

12、本发明进一步的改进在于：mems电压传感器包括感应电极、mems电场敏感器件和信号处理电路；感应电极设置于导线出入开口旁侧，感应电极通过屏蔽导线连接mems电场敏感器件，mems电场敏感器件连接所述信号处理电路；所述感应电极用于感应待测高压输电线电压形成感应电荷；mems电场敏感器件用于根据感应电极的感应电荷形成感应电流，感应电流进行i/v变换输出电压信号；信号处理电路用于对mems电场敏感器件输出的电压信号进行信号放大和滤波。

13、本发明进一步的改进在于：还包括用户终端；主体部中还安装有主控板、储能电池和通信单元；信号处理电路、主控板和通信单元依次连接；

14、储能电池连接mems电场敏感器件、信号处理电路、主控板和通信单元，用于向mems电场敏感器件、信号处理电路、主控板和通信单元供电；

15、主控板用于对信号处理电路输出的电压信号通过ad采样进行数字化处理，获得待测高压输电线的实时电压信息；

16、所述通信单元与所述用户终端进行无线通信，用于将主控板输出的待测高压输电线的实时电压信息发送给用户终端。

17、本发明进一步的改进在于：信号处理电路包括相互连接的信号放大器和带通滤波器；所述mems电场敏感器件依次通过信号放大器和带通滤波器连接主控板。

18、本发明进一步的改进在于：所述通信单元还用于接收用户终端发出的控制指令；

19、所述通信单元还用于将所述控制指令输出给主控板；所述主控板还用于对所述控制指令解码输出给活动环驱动部的控制端；所述控制指令用于通过活动环驱动部驱动活动环封闭或者打开所述导线出入开口。

20、本发明进一步的改进在于：主体部的外部设有太阳能板，所述太阳能板连接储能电池，用于对储能电池充电。

21、第二方面，本发明提供过一种非侵入式高压输电线路验电方法，使用所述的非侵入式高压输电线路验电装置来实现，包括：

22、将高压验电器挂在待测导线上；

23、mems电压传感器用于感应待测导线的电压形成感应电荷，将感应电荷形成感应电流，感应电流进行i/v变换输出电压信号；电压信号经放大、滤波，进行模拟数字信号转换和电压信息提取后获得待测导线的电压测量值。

24、本发明进一步的改进在于：验电时，将所述的非侵入式高压输电线路验电装置安装在导线上，具体的：通过活动环驱动部驱动活动环打开导线出入开口，将高压验电器通过导线出入开口挂在被测导线上；通过活动环驱动部驱动活动环封闭导线出入开口，将高压验电器固定在被测导线上；

25、感应电极感应待测导线电压形成感应电荷；mems电场敏感器件根据感应电极的感应电荷形成感应电流，感应电流进行i/v变换输出电压信号；信号处理电路对mems电场敏感器件输出的电压信号进行信号放大和滤波；主控板对信号处理电路输出的电压信号通过ad采样进行数字化处理，获得待测导线的电压测量值；通信单元将主控板输出的待测导线的电压测量值发送给用户终端；用户终端，根据待测导线的电压测量值判断待测导线的带电状态；

26、验电后，拆除部署的非侵入式高压输电线路验电装置；拆除方法包括：通过活动环驱动部驱动活动环打开导线出入开口，通过导线出入开口将高压验电器从导线上取下来；

27、恢复线路原有状态。

28、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

29、本发明提供一种非侵入式高压输电线路验电装置，包括：固定主体、活动环组件和mems电压传感器；固定主体包括主体部和设置于主体部顶部的固定环；固定环和主体部之间形成一个倾斜设置的导线出入开口；活动环组件包括活动环和活动环驱动部；主体部中设有一个滑动槽，所述滑动槽中安装有活动环；活动环连接所述活动环驱动部；所述活动环驱动部用于驱动活动环封闭或者打开所述导线出入开口；所述主体部中安装有mems电压传感器。本发明通过对传感器结构设计的创新，将通常固定的卡环式结构设计成固定和活动部件组合的形式，实现对导线电压测量的同时，实现现场输电导线的快速安装和拆卸，并且奠定了将来与无人机、图像识别技术结合，现场使用时可采用无人机吊装、拆卸，利用图像识别技术实现传感器的对准和固定，通过这些技术创新，实现了输电线路监测装置的自动化、无人化安装与运维，提高了线路运维检修的效率，降低了人工施工的工程难度。

30、本发明利用近场测量电压技术，配合专用的验电传感器，验电时卡在导线上直接测量线路电压，根据电压数值评估线路带电情况，在线路检修完成后又能方便的拆除测量传感器，恢复线路原始状态。本方面提出的验电方法相比已有的验电技术，具有安全，传感器体积小、重量轻、监测数据快速获取，可由无人机挂装实现非人工实施，能显著提高现场验电环节的作业效率，保障线路电压测量精度，降低了人工施工的工程难度和危险系数。

31、本发明中，高压验电器的结构设计成卡环式、快速拆装的结构。通过对传感装置结构设计成固定和活动部件组合的形式，使得能够满足高压验电现场施工的快速便捷的安装、拆卸，降低了现场施工的难度。同时，还具有功耗低、体积小、结构稳定、灵敏度高、易于集成、无电机易磨损部件、可靠性高等突出优点。

32、本发明最突出效果是验电方法更加安全，可以获得实时的高精度线路电压状态值，使得操作人员施工更加安心。本发明针对330kv及以上电压等级线路验电技术和直流输电线路验电技术缺乏问题，填补了高压验电技术的空白。本发明设计的验电装置能实现现场施工的快速便捷的安装、拆卸，降低了现场施工的难度，配合无人机挂装等方式，更好的提高了线路运维效率。采用了mems电场敏感器件、微处理器和数字通信技术，实现了低功耗，降低了mems电压传感器的维护难题。