CN109557357B - 非接触式电压测录装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式电压测录装置、***及方法，该***包括被测导体、非接触式电压测录装置以及监控后台。非接触式电压测录装置设置于被测导体的正下方，其包括用于获得被测导体电场强度的光电传感模块和激光模块、将该电场强度转换为被测导体电压的信号采集处理模块以及将测试数据发送给监控后台的无线通信模块。光电传感模块通过光纤分别与激光模块和信号采集处理模块连接，信号采集处理模块与无线通信模块连接。监控后台包括用于接收、存储和转发数据的服务器，以及对测试数据进行处理的计算机终端。本发明避免电压测量装置与电力设备的直接接触，省去了测试人员的搭接工作，大大提升了测试的效率和安全性，能够确保被测设备和测量人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于变电站启动调试的电压测录***，尤其涉及一种非接触式电压测录装置和包含该装置的测录***。
背景技术
新建高压变电站及高压输电线路投入运行前，为考核变电站及线路的绝缘性能，需要对变压器和输电线路通过断路器进行分闸、合闸连续操作，以模拟***的操作电磁暂态过程。试验过程中需测量变压器以及输电线路的电压信号，以反映操作过程中的多电压情况，考核绝缘状况。
现有的电压信号测量***都需要和电力设备有直接连接，包括以下几种：一种是直接连接到变电站内无外绝缘的高压导体；一种是连接到套管的末屏；一种是连接到电压互感器二次端子。一旦测量设备出现问题，将直接威胁到被测电力设备的安全，例如造成高压导体接地、末屏开路、电压互感器短路等故障。该电压信号测量方法对电力设备安全影响大，接线危险性大，例如电容分压器需要吊车进行搬运，变压器套管末屏接线需要登高作业，不仅耗费了测试人员大量的时间和精力，而且增加了风险隐患。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种安全性和测试效率更高的非接触式电压测录装置和***，避免电压测量装置与电力设备的直接接触，省去了测试人员的搭接工作。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种非接触式电压测录装置，该装置包括用于获得分压电容电场强度的光电传感模块和激光模块、将该电场强度转换为被测高压线路电压的信号采集处理模块、将测试数据发送给监控后台的无线通信模块以及中央控制模块，光电传感模块通过光纤分别与激光模块和信号采集处理模块连接，信号采集处理模块与无线通信模块连接。
进一步的，所述光电传感模块包括感应极板、分压电容和光电传感单元，所述光电传感模块包括感应极板、分压电容和光电传感单元，分压电容设有分别对应电站电压等级的多个档位。优选设置7个档位，分别对应电站电压等级10kV、20kV、35kV、110kV、220kV、500kV、1000kV的测试，采用光开关转换档位。
进一步的，所述非接触式电压测录装置还包括用于调整光电传感模块高度的伸缩支架以及调整装置位置的万向轮，所述光电传感模块设置于伸缩支架的顶端。所述伸缩支架具有多个伸缩档位，设置7档，分别对应电站电压等级10kV、20kV、35kV、110kV、220kV、500kV、1000kV的测试，测试时与分压电容对应的档位一致。
进一步的，所述非接触式电压测录装置还包括罩设在光电传感模块外部的绝缘外壳，绝缘外壳与伸缩支架顶端相连。该装置采用锂电池供电，并通过电池管理芯片对锂电池进行电源管理。该装置还包括用于设置测试参数和显示波形的显示控制模块以及液晶显示屏。该装置采用无线物联网组网通讯或者WiFi通讯。
本发明还提供了一种非接触式电压测录***，该***包括非接触式电压测录装置、无线通信网络以及监控后台；非接触式电压测录装置设置于被测高压线路的正下方，其包括用于获得分压电容电场强度的光电传感模块和激光模块、将该电场强度转换为被测高压线路电压的信号采集处理模块、将测试数据发送给监控后台的无线通信模块以及中央控制模块，光电传感模块通过光纤分别与激光模块和信号采集处理模块连接，信号采集处理模块与无线通信模块连接；非接触式电压测录装置将测得的导体电压数据通过无线通信网络发送给监控后台；监控后台包括用于接收、存储和转发数据的服务器，以及对测试数据进行处理的计算机终端。
使用上述非接触式电压测录***的电压测录方法，包括以下步骤：
(1)将非接触式电压测录装置设于被测高压线路的正下方，该装置与监控后台通过无线通信网络保持正常通信；
(2)测试开始后，在非接触式电压测录装置中的中央控制模块的程序控制下，首先光电传感模块和激光模块获得分压电容电场强度，然后信号采集处理模块将该电场强度转换为被测高压线路的电压，最后由无线通信模块将测试数据发送给监控后台；
(3)监控后台接收到电压数据后存储在服务器上，并由服务器转发给计算机终端对数据进行处理。
有益效果：相比于现有技术，本发明可以避免变电站启动调试现场测录接线对电力设备的安全影响，避免了复杂的接线、布线工作，大大提升了测试的效率和安全性，能够确保被测设备和测量人员人身安全。另外，本发明的***通信和电源技术具有低功耗、无需外部电源、不受变电站电磁干扰的优点。
附图说明
图1是本发明的***原理示意图；
图2是本发明所述非接触式电压测录装置示意图；
图3是本发明所述光电传感模块的内部结构示意图；
图4是本发明所述非接触式电压测录装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种非接触式电压测录***，如图1所示，包括被测高压线路、非接触式电压测录装置以及监控后台。一台非接触式电压测录装置可测量一相电压，测试三相电压需要三台装置。该装置是可移动的，在测量过程中，将非接触式电压测录装置放置在被测高压线路的正下方，根据被测电压等级调节装置高度和分压比，利用空间电场效应测量变压器或者输电线路的暂态电压信号，并将暂态信号在本地保存后发送到无线监控后台。监控后台装置可安装在站内主控室、继保室或者试验车上，也可以设置在几公里外的控制中心。监控后台包括用于接收、存储和转发数据的服务器，以及对测试数据进行处理的计算机终端。监控后台装置和非接触式电压测录装置中无线通信方式具体采用的是LoRa无线物联网组网技术，其同时具备低功耗和远距离组网的特点，其传输距离可达数十公里。基于LoRa技术的普通数据发射器，可以在低压供电的情况下，向距离一二十公里的接收网关持续发送信息，并能稳定工作10年以上。除了LoRa物联网技术，也可以选择其他的无线物联网组网技术，例如Zigbee，NB-IOT等进行数据传输。监控后台如果位于测试现场，即传输距离短的情况下，也可以选择WiFi无线传输的形式进行数据传输。
如图2所示，本发明所述的非接触式电压测录装置包括光电传感模块1、激光模块2、信号采集处理模块3、无线通信模块4、电池模块5、伸缩支架6、接地夹7、万向轮8，绝缘外壳9。该装置还包括中央控制模块用于控制装置运行。
光电传感模块1通过光纤分别与激光模块2和信号采集处理模块3连接，用于获得分压电容的电场强度，并传输给信号采集处理模块3。激光模块2与电池模块5连接，提供稳定光源。信号采集处理模块3具有对电压信号进行解调处理、自动触发、时间标记、数据存储的功能，用于对光电传感模块的光信号进行解调，获得被测高压线路电压，并根据需要进行触发采集，将处理后数据进行保存，并通过无线通信模块4进行数据传输。如图3所示，光电传感模块1包括感应极板11、分压电容13、光电传感单元12。分压电容13与感应极板11连接，其一端连接极板，另一端接地；光电传感单元12与分压电容13并联。所述分压电容13共有7档，根据被测电压等级进行设计，共有10kV、20kV、35kV、110kV、220kV、500kV、1000kV共7档，测试时根据被测电压等级进行调整，并采用光开关来转换分压电容的档位。测量原理是利用被测高压线路与感应极板11构成的空间电容与分压电容13形成分压比，通过光电传感单元12测量感应极板11上的电压推算出被测高压线路的电压。光电传感单元12由基于Pockels效应的传感器晶体、起偏器、检偏器、1/4波片、光纤准直镜构成，可测量角度达到360°，测量精度高。
电池模块5包括电池组和电池管理芯片，分别与激光模块2、信号采集处理模型3、无线通信模块4连接，用于提供直流电源。接地夹7连接光电传感模块1中的分压电容，使用时和站里接地排相连接，用于为光电传感模块提供良好接地。
伸缩支架6共有10kV、20kV、35kV、110kV、220kV、500kV、1000kV共7档，测试时根据被测电压等级进行调整，与分压电容对应的档位一致。该装置外壳底部还装有万向轮8和制动开关，可进行360°移动，确定位置后按下制动开关固定装置。光电传感模块1设置于伸缩支架6的顶端，其外部罩有绝缘外壳，防止人员触电发生危险。
液晶屏10采用Android***和触摸屏，可查看实时波形、录波波形、设置触发条件、查看电池电量、查看***设置，操作内存数据。
如图4所示，信号采集处理模块3采用ARM与FPGA相结合的架构方式。其中，ARM采用CortexA9处理器，负责激光模块控制、通信、数据存储、数据管理、触发设备、液晶显示。FPGA负责光信号解调、数据采样、数据计算、时间标记。通过时钟同步模块获得时钟同步信息，将时间戳标记到每帧数据的帧头，然后将数据放入的内存中。无线通信模块采用ROLA芯片，ARM芯片通过ROLA芯片将数据传输至无线监控后台。电池模块5采用48V锂电池供电，RAM芯片中有电源综合管理程序，再监测状态中低功耗运行，在触发时即人工唤醒时高功率运行，延长供电时间。
使用该套非接触电压测录***进行非接触式电压测录的方法包括以下步骤：
(1)将非接触式电压测录装置设于被测高压线路的正下方，该装置与监控后台通过无线通信网络保持正常通信。通过液晶显示交互界面设置测试参数。当非接触式电压测录装置有多个测试电压档位时，根据被测电压等级调节装置高度和分压比。
(2)测试开始后，在非接触式电压测录装置中的中央控制模块的程序控制下，首先光电传感模块和激光模块获得分压电容电场强度，然后信号采集处理模块将该电场强度转换为被测高压线路的电压，最后由无线通信模块将测试数据发送给监控后台。
(3)监控后台接收到电压数据后存储在服务器上，并由服务器转发给计算机终端对数据进行处理。
上述方法如果以软件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
Claims (8)
1.一种非接触式电压测录装置，其特征在于：该装置包括用于获得分压电容电场强度的光电传感模块和激光模块、将分压电容电场强度转换为被测高压线路电压的信号采集处理模块、将被测高压线路电压发送给监控后台的无线通信模块以及中央控制模块，光电传感模块通过光纤分别与激光模块和信号采集处理模块连接，信号采集处理模块与无线通信模块连接；
所述光电传感模块包括感应极板、分压电容和光电传感单元，分压电容与感应极板连接，并与光电传感单元并联，分压电容设有分别对应电站电压等级的多个档位。
2.根据权利要求1所述的非接触式电压测录装置，其特征在于：所述非接触式电压测录装置还包括用于调整光电传感模块高度的伸缩支架以及调整装置位置的万向轮，所述伸缩支架具有多个与所述分压电容档位对应的伸缩档位，所述光电传感模块设置于伸缩支架的顶端。
3.根据权利要求1所述的非接触式电压测录装置，其特征在于：所述非接触式电压测录装置采用锂电池供电，并通过电池管理芯片对锂电池进行电源管理。
4.根据权利要求1所述的非接触式电压测录装置，其特征在于：所述非接触式电压测录装置还包括罩设在光电传感模块外部的绝缘外壳，绝缘外壳与伸缩支架顶端相连。
5.根据权利要求1所述的非接触式电压测录装置，其特征在于：所述非接触式电压测录装置还包括用于设置测试参数和显示波形的显示控制模块以及液晶显示屏。
6.根据权利要求1所述的非接触式电压测录装置，其特征在于：所述非接触式电压测录装置采用无线物联网组网通讯或者WiFi通讯。
7.一种非接触式电压测录***，其特征在于：该***包括非接触式电压测录装置、无线通信网络以及监控后台；非接触式电压测录装置设置于被测高压线路的正下方，其包括用于获得分压电容电场强度的光电传感模块和激光模块、将该电场强度转换为被测高压线路电压的信号采集处理模块、将被测高压线路电压发送给监控后台的无线通信模块以及中央控制模块，光电传感模块通过光纤分别与激光模块和信号采集处理模块连接，信号采集处理模块与无线通信模块连接；所述光电传感模块包括感应极板、分压电容和光电传感单元，分压电容与感应极板连接，并与光电传感单元并联，分压电容设有分别对应电站电压等级的多个档位；非接触式电压测录装置将测得的导体电压数据通过无线通信网络发送给监控后台；监控后台包括用于接收、存储和转发数据的服务器，以及对测试数据进行处理的计算机终端。
8.一种使用权利要求7所述的非接触式电压测录***的电压测录方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将非接触式电压测录装置设于被测高压线路的正下方，该装置与监控后台通过无线通信网络保持正常通信；
(2)测试开始后，在非接触式电压测录装置中的中央控制模块的程序控制下，首先光电传感模块和激光模块获得分压电容电场强度，然后信号采集处理模块将该电场强度转换为被测高压线路的电压，最后由无线通信模块将测试数据发送给监控后台；所述信号采集处理模块将该电场强度转换为被测高压线路的电压，是利用被测高压线路与感应极板构成的空间电容与分压电容形成分压比，通过光电传感单元测量感应极板上的电压推算出被测高压线路的电压；
(3)监控后台接收到电压数据后存储在服务器上，并由服务器转发给计算机终端对数据进行处理。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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