混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元、手持機(jī)單元、被測(cè)量處接地參考型板式電極；本系統(tǒng)可在同一測(cè)量位置同時(shí)對(duì)混合電場(chǎng)測(cè)試的裝置，或者通過可控方式分別測(cè)量工頻電場(chǎng)、直流電場(chǎng)以及交直流合成的混合電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)同一測(cè)量儀器測(cè)量三種不同電場(chǎng)的功能，無需計(jì)算機(jī)作為實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的一部分，測(cè)量數(shù)據(jù)采用無線傳輸。方法直接，能便捷、有效、準(zhǔn)確地在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)量交流、直流以及交直流并行區(qū)域輸電線路、換流站站內(nèi)的電場(chǎng)的大小，為輸變電工程環(huán)境評(píng)價(jià)、研究交直流輸電線路并行、交叉跨越等區(qū)域的電磁環(huán)境水平提供了科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)依據(jù)，方便和簡化測(cè)量工作。
【專利說明】混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，具體是一種可用于測(cè)量交、直流輸電線路產(chǎn)生的混合電場(chǎng)裝置，屬電力系統(tǒng)測(cè)量與檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，輸電線路越來越接近居民活動(dòng)的區(qū)域，工頻電場(chǎng)、直流合成電場(chǎng)等引起的電磁環(huán)境問題愈來愈引起人們的關(guān)注。工頻電場(chǎng)是交流輸電線路和變電站的主要電磁環(huán)境參數(shù)，直流合成電場(chǎng)是直流輸電線路的主要電磁環(huán)境參數(shù)。同時(shí)由于華東經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)輸電線路走廊選擇困難，已經(jīng)出現(xiàn)交流、直流輸電線路鄰近、并行或交叉跨越的情況，這些區(qū)域，因工頻電場(chǎng)和直流合成電場(chǎng)同時(shí)存在，形成特殊的混合電場(chǎng)?；旌想妶?chǎng)不僅有交變的工頻電場(chǎng)，也有隨離子變化的直流電場(chǎng)，對(duì)混合電場(chǎng)進(jìn)行深入的研究與測(cè)量，是開展交直流并行區(qū)域輸變電工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。
[0003]我國針對(duì)交流和直流輸變電工程電磁環(huán)境影響評(píng)價(jià)、竣工的環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收工作已取得很大成效。但對(duì)于交直流混合區(qū)域的電磁環(huán)境評(píng)價(jià)仍處于初級(jí)階段，部分科研和環(huán)境評(píng)價(jià)單位各自提出的評(píng)價(jià)方法并不能解決交直流電場(chǎng)的相互影響，所提出的工頻電場(chǎng)和直流合成電場(chǎng)的測(cè)量方法也不盡相同，如何同時(shí)同一處對(duì)混合電場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的測(cè)量成為行業(yè)研究的重點(diǎn)，對(duì)環(huán)境評(píng)價(jià)起著重要作用。
[0004]已公開的中國發(fā)明專利《全天候工頻電場(chǎng)測(cè)量裝置》(申請(qǐng)?zhí)?201110292725.9)所公開的，僅對(duì)輸電線路的工頻電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，采用特殊的支架支撐探頭，重點(diǎn)解決的是可實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)量；發(fā)明專利《交直流并行輸電線路地面電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法》(申請(qǐng)?zhí)?200810224017.X)是采用多種設(shè)備(如示波器、計(jì)算機(jī)等)，提供一種混合電場(chǎng)測(cè)量的解決方案，不是便攜式儀器測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量原理是將測(cè)量信號(hào)通過軟件(傅立葉變換)進(jìn)行頻譜分析的一種利用軟件對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理方法，計(jì)算機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中起到實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的關(guān)鍵作用，探頭為單一旋轉(zhuǎn)式伏特計(jì)，在被測(cè)量電場(chǎng)較小時(shí)難以保證精度；實(shí)用新型專利《一種交直流混合電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量裝置》(申請(qǐng)?zhí)?200920246865.0)是采用單一傳感器感知電場(chǎng)，通過硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻電場(chǎng)和合成電場(chǎng)的識(shí)別，并采用有線方式連接前端和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)量過程中會(huì)出現(xiàn)電纜連接與拆除方面麻煩。
[0005]一種僅采用測(cè)量探頭單元和手持機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)合成電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，由兩種電場(chǎng)傳感裝置，對(duì)交直流輸電線路共存時(shí)產(chǎn)生的合成電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，通過信號(hào)處理電路處理后就地得到測(cè)量數(shù)據(jù)并無線傳輸測(cè)量結(jié)果、完成測(cè)量工作，無需計(jì)算機(jī)作為實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的一部分，特別的，還可充分保證測(cè)量精度和測(cè)量范圍的裝置，未見于已公開專利或文獻(xiàn)著作中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】提出問題，公開一種混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，是可以在同一測(cè)量位置同時(shí)對(duì)混合電場(chǎng)測(cè)試的裝置，或者通過可控方式分別測(cè)量工頻電場(chǎng)、直流電場(chǎng)以及交直流合成的混合電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)同一測(cè)量儀器測(cè)量三種不同電場(chǎng)的功能，無需計(jì)算機(jī)作為實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的一部分，測(cè)量數(shù)據(jù)采用無線傳輸。方法直接，能便捷、有效、準(zhǔn)確地在同一測(cè)點(diǎn)測(cè)量交流、直流以及交直流并行區(qū)域輸電線路、換流站站內(nèi)的電場(chǎng)的大小，為輸變電工程環(huán)境評(píng)價(jià)、研究交直流輸電線路并行、交叉跨越等區(qū)域的電磁環(huán)境水平提供了科學(xué)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)依據(jù)，方便和簡化測(cè)量工作。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元、手持機(jī)單元、被測(cè)量處接地參考型板式電極；其特征在于:所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元包括混合電場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、帶A/D模塊的單片機(jī)一、無線通信模塊一和電源模塊一；
所述混合電場(chǎng)傳感器包括感知工頻電場(chǎng)的接地參考型板式傳感器一、感知合成電場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)快門傳感器二、切割電場(chǎng)的動(dòng)片、輸出同步信號(hào)的同步動(dòng)片及光柵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；自上而下位置關(guān)系是:動(dòng)片、傳感器一及傳感器二、同步動(dòng)片及光柵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有垂直向上安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的通軸將所述動(dòng)片、傳感器一及傳感器二、同步動(dòng)片自上而下依次固連，所述同步動(dòng)片旋轉(zhuǎn)時(shí)可切割光柵；
所述接地參考型板式電極是規(guī)格為lmXlmX2mm的鋁板，鋁板中部開有一個(gè)與混合電場(chǎng)傳感器外形尺寸一致的孔，鋁板的任一角部安裝有接地端子；鋁板上表面與所述混合電場(chǎng)傳感器動(dòng)片的上表面重合；
從接地參考型板式傳感器一引出的兩根電壓信號(hào)依次經(jīng)過運(yùn)算放大器放大、RC低通濾波、整流、RC濾波后連接至所述單片機(jī)一的A/D端口 ；所述旋轉(zhuǎn)快門傳感器二的輸出信號(hào)依次經(jīng)放大、與光柵輸出的同步信號(hào)做乘法、得到具有極性的直流信號(hào)、再連接至所述單片機(jī)一的另一個(gè)A/D端口，所述單片機(jī)一的通信端口(RXD、TXD)分別與通信模塊一相連；
所述手持機(jī)單元包括無線通信模塊二、單片機(jī)二、觸屏顯示、通信模塊三和電源模塊二，單片機(jī)二分別與通信模塊二、觸屏顯示、通信模塊三相連，電源模塊二分別向所述無線通信模塊二、單片機(jī)二、觸屏顯示及通信模塊三供電；
所述無線通信模塊一與無線通信模塊二之間可相互無線通信，所述無線通信距離不低于50m ;所述通信模塊三是通過CH431將單片機(jī)二的串行通信轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)USB接口 ；所述電源模塊一和電源模塊二是寬范圍單端輸入、雙端±5伏輸出的帶隔離型鋰電池模塊；
所述通信模塊三上的標(biāo)準(zhǔn)USB接口，可實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)連接；
所述單片機(jī)一是ARM，所述單片機(jī)二也是ARM ；
所述單片機(jī)一內(nèi)還集成有A/D模塊，所述A/D模塊的分辨率為12位、或者24位；
所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元的信號(hào)處理電路包括幅值放大電路、幅值處理電路和鑒相電路，所述幅值放大電路依次將傳感器采集信號(hào)放大至伏級(jí)、整流濾波、幅值處理后傳送至單片機(jī)一的A/D模塊；所述鑒相電路是用于消除空間離子流入傳感器后形成的電流對(duì)測(cè)量引起的誤差、以及判斷混合電場(chǎng)中直流分量極性電路。
[0008]一種采用上述混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量混合電場(chǎng)方法，其特征在于:
在待測(cè)量處，將所述使用接地參考型板式電極水平放置在離地面IOcm處高度，并可靠接地，再利用所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元測(cè)量該處的混合電場(chǎng)值，每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少測(cè)量100個(gè)數(shù)據(jù)；
采用統(tǒng)計(jì)方法得出混合電場(chǎng)平均值作為該點(diǎn)測(cè)量值；
輸電線路的混合電場(chǎng)分布測(cè)量路徑選擇在線路檔距中央，或者是距離最近的兩基鐵塔距離相等，自線路導(dǎo)線中央，或者是距離兩側(cè)最外相或極的導(dǎo)線距離相等處開始，向兩側(cè)均勻分布，測(cè)點(diǎn)距離為2nT5m，測(cè)量至距離外側(cè)導(dǎo)線50m處；
測(cè)量結(jié)果以工頻電場(chǎng)、合成電場(chǎng)描述，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得出已測(cè)量的該處是否滿足電場(chǎng)限值要求。
[0009]本發(fā)明混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元工作原理是:傳感器含有分別感知工頻電場(chǎng)和合成電場(chǎng)的接地參考型板式傳感器、旋轉(zhuǎn)快門傳感器，以及光柵同步裝置，從接地參考型板式傳感器引出的兩根電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，經(jīng)過RC低通濾波后與整流電路相連，再經(jīng)過RC濾波后與單片機(jī)一的Α/D端口相連；旋轉(zhuǎn)快門傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大后，與光柵的同步輸出信號(hào)做乘法，得到具有極性的直流信號(hào)，與單片機(jī)一的A/D另一端口相連，單片機(jī)一的二個(gè)通信端口(RXD、TXD)分別與無線通信模塊一相連，電源模塊一與鋰電池相連，鋰電池經(jīng)過100uH的電感后分別向述各單元供電。
[0010]本發(fā)明混合電場(chǎng)(含工頻電場(chǎng)和合成電場(chǎng))的同步測(cè)量或通過軟件控制實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻電場(chǎng)或直流電場(chǎng)的分別測(cè)試；其原理如下:
若被測(cè)混合電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E,空氣的介電系數(shù)為ε ^，則傳感器感應(yīng)的電荷Q(t)為:β(?) = ε0Κ4(?)(l)
其中:
【權(quán)利要求】
1.混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元、手持機(jī)單元、被測(cè)量處接地參考型板式電極；其特征在于:所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元包括混合電場(chǎng)傳感器、信號(hào)處理電路、帶A/D模塊的單片機(jī)一、無線通信模塊一和電源模塊一； 所述混合電場(chǎng)傳感器包括感知工頻電場(chǎng)的接地參考型板式傳感器一、感知合成電場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)快門傳感器二、切割電場(chǎng)的動(dòng)片、輸出同步信號(hào)的同步動(dòng)片及光柵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；自上而下位置關(guān)系是:動(dòng)片、傳感器一及傳感器二、同步動(dòng)片及光柵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有垂直向上安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的通軸將所述動(dòng)片、傳感器一及傳感器二、同步動(dòng)片自上而下依次固連，所述同步動(dòng)片旋轉(zhuǎn)時(shí)可切割光柵； 所述接地參考型板式電極是規(guī)格為ImX lmX2mm的鋁板，鋁板中部開有一個(gè)與混合電場(chǎng)傳感器外形尺寸一致的孔，鋁板的任一角部安裝有接地端子；鋁板上表面與所述混合電場(chǎng)傳感器動(dòng)片的上表面重合； 從接地參考型板式傳感器一引出的兩根電壓信號(hào)依次經(jīng)過運(yùn)算放大器放大、RC低通濾波、整流、RC濾波后連接至所述單片機(jī)一的A/D端口 ；所述旋轉(zhuǎn)快門傳感器二的輸出信號(hào)依次經(jīng)放大、與光柵輸出的同步信號(hào)做乘法、得到具有極性的直流信號(hào)、再連接至所述單片機(jī)一的另一個(gè)A/D端口，所述單片機(jī)一的通信端口(RXD、TXD)分別與通信模塊一相連； 所述手持機(jī)單元包括無線通信模塊二、單片機(jī)二、觸屏顯示、通信模塊三和電源模塊二，單片機(jī)二分別與通信模塊二、觸屏顯示、通信模塊三相連，電源模塊二分別向所述無線通信模塊二、單片機(jī)二、觸屏顯示及通信模塊三供電； 所述無線通信模塊一與無線通信模塊二之間可相互無線通信，所述無線通信距離不低于50m;所述通信模塊三是通過CH431將單片機(jī)二的串行通信轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)USB接口 ；所述電源模塊一和電源模塊二是寬范圍單端輸入、雙端±5伏輸出的帶隔離型鋰電池模塊； 所述通信模塊三上的標(biāo)準(zhǔn)USB接口，可實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)連接； 所述單片機(jī)一是ARM，所述單片機(jī)二也是ARM ； 所述單片機(jī)一內(nèi)還集成有A/D模塊，所述A/D模塊的分辨率為12位、或者24位； 所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元的信號(hào)處理電路包括幅值放大電路、幅值處理電路和鑒相電路，所述幅值放大電路依次將傳感器采集信號(hào)放大至伏級(jí)、整流濾波、幅值處理后傳送至單片機(jī)一的A/D模塊；所述鑒相電路是用于消除空間離子流入傳感器后形成的電流對(duì)測(cè)量引起的誤差、以及判斷混合電場(chǎng)中直流分量極性電路。
2.一種采用混合電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量混合電場(chǎng)方法，其特征在于: 在待測(cè)量處，將所述使用接地參考型板式電極水平放置在離地面IOcm處高度，并可靠接地，再利用所述混合電場(chǎng)傳感與測(cè)量單元測(cè)量該處的混合電場(chǎng)值，每個(gè)測(cè)點(diǎn)至少測(cè)量100個(gè)數(shù)據(jù)； 采用統(tǒng)計(jì)方法得出混合電場(chǎng)平均值作為該點(diǎn)測(cè)量值； 輸電線路的混合電場(chǎng)分布測(cè)量路徑選擇在線路檔距中央，或者是距離最近的兩基鐵塔距離相等，自線路導(dǎo)線中央，或者是距離兩側(cè)最外相或極的導(dǎo)線距離相等處開始，向兩側(cè)均勻分布，測(cè)點(diǎn)距離為2nT5m，測(cè)量至距離外側(cè)導(dǎo)線50m處； 測(cè)量結(jié)果以工頻電場(chǎng)、合成電場(chǎng)描述，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得出已測(cè)量的該處是否滿足電場(chǎng)限值要求。
【文檔編號(hào)】G01R29/14GK103675482SQ201310565307
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】張廣洲, 張弓達(dá), 王佳婕, 郭江 申請(qǐng)人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司