一種便攜式電壓在線測量裝置的制造方法
【專利摘要】一種便攜式電壓在線測量裝置，包括測量部分、絕緣間隔段、電機升降部分；所述測量部分包括均壓環(huán)、高壓側(cè)電極、空心絕緣外殼、電場傳感頭、低壓側(cè)接地電極，均壓環(huán)與高壓側(cè)電極相連，所述高壓側(cè)電極、低壓側(cè)接地電極分別位于空心絕緣外殼的兩端，兩電極中間產(chǎn)生電場；低壓側(cè)接地電極連接接地引線。電場傳感頭位于空心絕緣外殼中，電場傳感頭與電光轉(zhuǎn)換器相連，電光轉(zhuǎn)換器通過傳輸光纖與信號處理/發(fā)射單元相連，測量信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換器電光轉(zhuǎn)換后，通過傳輸光纖傳到信號處理/發(fā)射單元中。絕緣間隔段位于空心絕緣外殼的下端、電機升降部分的上端，所述電機升降部分包括直流電機、傳動桿，直流電機通過傳動桿連接測量部分。本發(fā)明裝置終端顯示和測量部分分開，測量數(shù)據(jù)通過無線信號進行發(fā)送；該裝置體積小、質(zhì)量輕、方便攜帶、能夠隨時隨地對輸電線路進行電壓測量。
【專利說明】
一種便攜式電壓在線測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一種便攜式電壓在線測量裝置，涉及電力系統(tǒng)測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓是衡量電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，輸配電網(wǎng)的欠電壓和過電壓運行都會對用電設(shè) 備造成影響。過電壓嚴(yán)重時會造成電氣設(shè)備擊穿、放電、閃絡(luò)、爆炸等一系列事故。同時輸配 電網(wǎng)的實時電壓狀態(tài)反應(yīng)了整條線路和用電負(fù)荷的運行情況，也直接影響到電力系統(tǒng)的安 全運行。因此對電力系統(tǒng)的電壓狀況進行監(jiān)測是十分必要的。但鑒于各變電站電壓互感器 的數(shù)量有限，和各個變電站的距離相隔相對較遠(yuǎn)，電壓互感器測量的電壓情況只能真實的 反應(yīng)變電站附近輸電線路的電壓情況，而對其他地方的監(jiān)測情況相對較弱。在其他距變電 站測量設(shè)備較遠(yuǎn)的地方如果發(fā)生線路故障或雷擊過電壓事故，如果不能對其進行監(jiān)測會對 電力系統(tǒng)的安全運行造成影響。
[0003] 目前，對電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測裝置有兩種，一種是接觸式的，一種是非接觸式的。 對于接觸式的測量裝置一般需要工作人員爬上桿塔或者通過其他升降設(shè)備把測量裝置安 裝在測量線路上。而對于另一種非接觸式的電壓測量裝置，采用耦合電場測量原理來測量 電壓，但一旦測量裝置距離測量線路的距離較遠(yuǎn)時，測量的準(zhǔn)確性受電磁干擾的影響比較 大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前電壓測量裝置在安裝時，需要工作人員爬上桿塔或使用升降裝置進行高 空作業(yè)和需要對該輸電線路進行停電的問題和非接觸測量裝置在線測量準(zhǔn)確性不高的缺 點。本發(fā)明提供一種便攜式電壓在線測量裝置，終端顯示和測量部分分開，測量數(shù)據(jù)通過無 線信號進行發(fā)送;該裝置體積小、質(zhì)量輕、方便攜帶、能夠隨時隨地對輸電線路進行電壓測 量。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種便攜式電壓在線測量裝置，包括測量部分、絕緣間隔段、電機升降部分;所述 測量部分包括均壓環(huán)、高壓側(cè)電極、空心絕緣外殼、電場傳感頭、低壓側(cè)接地電極，均壓環(huán)與 高壓側(cè)電極相連，所述高壓側(cè)電極、低壓側(cè)接地電極分別位于空心絕緣外殼的兩端，兩電極 中間產(chǎn)生電場;低壓側(cè)接地電極連接接地引線。
[0007] 電場傳感頭位于空心絕緣外殼中，電場傳感頭與電光轉(zhuǎn)換器相連，電光轉(zhuǎn)換器通 過傳輸光纖與信號處理/發(fā)射單元相連，測量信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換器電光轉(zhuǎn)換后，通過傳輸光纖 傳到信號處理/發(fā)射單元中。絕緣間隔段位于空心絕緣外殼的下端、電機升降部分的上端， 絕緣間隔段用于測量部分與電機升降部分分開。
[0008] 所述電機升降部分包括直流電機、傳動桿，直流電機通過傳動桿連接測量部分。
[0009] 所述空心絕緣外殼密封且內(nèi)部充入氮氣，電場傳感頭分布在空心絕緣外殼的內(nèi) 部，其位置分布由高斯一切比雪夫求積公式確定。
[0010]所述信號處理/發(fā)射單元包括光電探測模塊、差分放大模塊、無線發(fā)射模塊，信號 處理/發(fā)射單元用于實現(xiàn)對電場測量信號放大后進行無線發(fā)射。
[0011]所述信號處理/發(fā)射單元通過無線方式連接顯示終端，信號處理/發(fā)射單元發(fā)射的 無線信號，由顯示終端進行接收和處理。顯示終端包括無線接收模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字積 分處理模塊、輸出顯示模塊，測量電壓值在顯示終端的輸出顯示模塊上進行顯示。
[0012] 所述直流電機遙控控制，直流電機連接遙控天線，控制信號通過遙控天線進行接 收，通過直流電機控制傳動桿的升降，使均壓環(huán)接觸被測導(dǎo)線。
[0013] 所述高壓側(cè)電極、低壓側(cè)接地電極之間的距離為2米，以該裝置的中軸線為X數(shù)軸， 兩極板中點位置為X數(shù)軸的原點，以數(shù)軸坐標(biāo)的形式，確定電場傳感頭的在數(shù)軸上的位置。
[0014] 所述高斯一切比雪夫求積公式：
，其中
為權(quán) 函數(shù)，
；其中：k = 0，l，···，]!，把k = 0，l，2代入得
所述電場傳感頭分別放在
位置。
[0015] 本發(fā)明一種便攜式電壓在線測量裝置，技術(shù)效果如下：
[0016] 1:此便攜式電壓在線測量裝置，顯示終端和測量部分分開，測量數(shù)據(jù)通過無線信 號進行發(fā)送，使該裝置體積小、質(zhì)量輕，方便攜帶，能夠隨時隨地對輸電線路進行電壓測量。
[0017] 2:測量時把該裝置放在被測導(dǎo)線的正下方，通過遙控控制小型直流電機帶動螺紋 傳動桿，對裝置測量部分進行升降，使均壓環(huán)可靠接觸被測導(dǎo)線，無需工作人員進行高空作 業(yè)隊測量裝置進行安裝，極大的減小了工作量，確保了測量和工作人員的安全性。
[0018] 3:能夠?qū)崿F(xiàn)對輸電線路的在線測量，測量時無需對輸電線路停電，消除測量時停 電造成的損失。可以在不停電的情況下對任意點進行電壓測量，大大減小了在線安裝的工 作量，保證了測量的安全性和便捷性。
[0019] 4:電場傳感頭放在屏蔽材料組成的絕緣外殼內(nèi)部，與非接觸式測量裝置相比能大 大減少外界電磁場對測量精確度的干擾，保證測量的可靠性。
[0020] 5:電場傳感頭的位置由兩極板間的距離(2米)和高斯-切比雪夫公式確定XQ， X1，X2 和A i，A 2，A 3。并把電場傳感頭在三點的測量值代入高斯-切比雪夫數(shù)值求積公式：
I到被測導(dǎo)線的電壓值，具有較高的精度。
[0021] 6:本發(fā)明一種便攜式電壓在線測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單，體積小質(zhì)量輕，測量時無需對 其安裝在被測導(dǎo)線上，只需放在被測導(dǎo)線的正下方，通過遙控控制小型直流電機帶動螺紋 傳動桿，把測量部分的均壓環(huán)與被測導(dǎo)線可靠連接，不需人工安裝，和近距離接觸，減少了 工作量又保證了安全性。采用對兩極板間的電場強度值積分的方式來獲得電壓測量值，并 用高斯-切比雪夫數(shù)值求積公式計算該積分。與一般非接觸式測量裝置相比，該測量裝置受 外界電磁場的干擾小測量準(zhǔn)確，實現(xiàn)對輸電導(dǎo)線在不停電的情況下進行實時測量，操作簡 單，攜帶方便，是一種理想的實時電壓測量工具。
【附圖說明】
[0022]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2本發(fā)明的顯示終端的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3本發(fā)明的信號處理/發(fā)射單元的功能模塊圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1~圖3所示，一種便攜式電壓在線測量裝置，包括測量部分、絕緣間隔段9、電 機升降部分。所述測量部分包括均壓環(huán)1、高壓側(cè)電極2、空心絕緣外殼3、電場傳感頭4、低壓 側(cè)接地電極8。
[0026] 均壓環(huán)1與高壓側(cè)電極2相連，所述高壓側(cè)電極2、低壓側(cè)接地電極8分別位于空心 絕緣外殼3的兩端，兩電極中間產(chǎn)生電場。低壓側(cè)接地電極8連接接地引線11，測量時把接地 引線11接地，保證低壓側(cè)接地電極8的地電位，同時防止意外漏電。
[0027] 均壓環(huán)1有增大接觸面，防止尖端放電的作用。測量時均壓環(huán)1與被測導(dǎo)線可靠接 觸，使高壓側(cè)電極2和被測導(dǎo)線等電位。接地引線11使低壓側(cè)接地電極8保證地電位，使高、 低壓極板間的電場積分值為被測導(dǎo)線的電壓值。
[0028] 電場傳感頭4位于空心絕緣外殼3中，電場傳感頭4與電光轉(zhuǎn)換器5相連，電光轉(zhuǎn)換 器5通過傳輸光纖6與信號處理/發(fā)射單元7相連，測量信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換器5電光轉(zhuǎn)換后，通過 傳輸光纖6傳到信號處理/發(fā)射單元7中。
[0029] 電場傳感頭4位于由電磁屏蔽材料制成的空心絕緣外殼3內(nèi)部，能減小外界環(huán)境和 相鄰相線路的電磁干擾對內(nèi)部電場傳感器處電場強度的影響，使測量盡量準(zhǔn)確。同時在空 心絕緣外殼3內(nèi)部充入氮氣防止兩級板被擊穿，保證絕緣性。電場傳感頭4采用EHC-50C電場 傳感頭，具有較高測量精度。該裝置采用3個這樣的傳感頭，且三個傳感頭的位置分布情況 有高斯-切比雪夫數(shù)值求積公式確定。
[0030] 所述高斯一切比雪夫求積公式
|其中g(shù)lp為權(quán)函數(shù)，
?中k = 0,1，…，η·把k = 0,1，2代入得
[0031]
[0032] 所述電場傳感頭4分別放$
丨位置。兩極板間距離為2 米，中點為原點。
[0033] 絕緣間隔段9位于空心絕緣外殼3的下端、電機升降部分的上端，絕緣間隔段9用于 測量部分與電機升降部分分開;保證絕緣可靠性和測量的安全性。電極升降部分通過遙控 控制，不需要人近距離接觸保證測量安全性。
[0034] 絕緣間隔段9由硅橡膠絕緣材料構(gòu)成的與上下兩端半徑相同的圓柱體，其主要作 用時把測量部分和電機升降部分完全分開，防止測量部分絕緣被擊穿，對工作人員造成觸 電傷害，確保安全性。
[0035] 所述電機升降部分包括直流電機13、傳動桿15，直流電機13通過傳動桿15連接測 量部分。
[0036]所述空心絕緣外殼3密封且內(nèi)部充入氮氣，電場傳感頭4分布在空心絕緣外殼3的 內(nèi)部，其位置分布由高斯一切比雪夫求積公式確定。
[0037]所述信號處理/發(fā)射單元7包括光電探測模塊、差分放大模塊、無線發(fā)射模塊，信號 處理/發(fā)射單元7用于實現(xiàn)對電場測量信號放大后進行無線發(fā)射。對測量的電場強度值的電 信號進行光電探測、差分放大后進行無線發(fā)射。測量部分和顯示終端分開，減小了該裝置的 體積和重量，保證了其便攜性的特點。
[0038]所述信號處理/發(fā)射單元7通過無線方式連接顯示終端16,信號處理/發(fā)射單元7發(fā) 射的無線信號，由顯示終端16進行接收和處理。顯示終端16包括無線接收模塊、A/D轉(zhuǎn)換模 塊、數(shù)字積分處理模塊(采用ADE7759數(shù)字積分芯片）、輸出顯示模塊，測量電壓值在顯示終 端16的輸出顯示模塊17上進行顯示。無線接收模塊對無線信號進行接收后，對該信號進行 A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字積分處理(運用高斯-切比雪夫數(shù)值求積公式，把3個電場傳感頭測量的電場 值代入計算得出測量電壓值），把測量的電壓值顯示在顯示終端16的輸出顯示模塊上。
[0039] 所述直流電機13遙控控制，直流電機13連接遙控天線12,控制信號通過遙控天線 12進行接收，通過直流電機13控制傳動桿15的升降，使均壓環(huán)1接觸被測導(dǎo)線。一臺小型直 流電機可通過遙控進行控制。在直流電源14的驅(qū)動下，直流電機13帶動傳動螺紋桿，使測量 部分升降，直至均壓環(huán)1能夠可靠的接觸被測導(dǎo)線，大大減小了工作人員的工作量。且通過 遙控控制，不經(jīng)過人工觸碰，保證了工作人員的安全性。
[0040] 所述高壓側(cè)電極2、低壓側(cè)接地電極8之間的距離為2米，以該裝置的中軸線為X數(shù) 軸，兩極板中點位置為X數(shù)軸的原點，以數(shù)軸坐標(biāo)的形式，確定電場傳感頭4的在數(shù)軸上的位 置。
[0041] 本發(fā)明便攜式電壓在線測量裝置。該裝置采用桿式結(jié)構(gòu)，由于EHC-50C電場傳感頭 體積小，可以直接分布在空心絕緣外殼3的內(nèi)部，并豎直排布，其位置由高斯一切比雪夫求 積公式確定。在該裝置的底部有小型直流電機，小型直流電機在直流電源的驅(qū)動下，帶動傳 動桿15,使該裝置的測量部分升降。并且該電機受能夠通過遙控天線12,接收遙控器發(fā)來的 指令，受遙控控制。
[0042]測量時，將該裝置放在被測量導(dǎo)線正下方，工作人員通過遙控直流電機13轉(zhuǎn)動，從 而控制該裝置測量部分的升降，直至均壓環(huán)1可靠地接觸被測導(dǎo)線，使高壓側(cè)電極2與被測 導(dǎo)線等電位。
[0043] 該裝置測量時不需要工作人員在高空進行安裝和對該測量線路進行停電處理，大 大減少了工作人員的工作量和安裝帶來的麻煩，同時在線測量，也減少了停電帶來的損失。
[0044] 另一方面本裝置雖用測量電場的方式進行測量，但三個電場傳感頭都裝在電磁屏 蔽材料制成的封閉絕緣殼體內(nèi)，能很好克服外界環(huán)境和相鄰相線路對傳感頭的電擾，能夠 方便準(zhǔn)確的運用其對輸電線路的任一點進行電壓的測量。
[0045] 同時為了減輕該測量裝置的體積和質(zhì)量，保證其便攜性，使測量和最終的數(shù)據(jù)處 理和數(shù)據(jù)顯示部分分開，在該裝置上安裝了無線WiFi模塊，對測量的數(shù)據(jù)進行無線發(fā)射，發(fā) 射的數(shù)據(jù)被手持終端接收后進行數(shù)據(jù)處理，最終把測量數(shù)據(jù)和該測量線路電壓的波動狀態(tài) 顯示在終端的顯示器上。該測量數(shù)據(jù)的處理方式是把三個電場傳感頭的測量電場值代入高 斯-切比雪夫公式，進行數(shù)值積分處理，得到被測線路的電壓值，具有較高精度。
【主權(quán)項】
1. 一種便攜式電壓在線測量裝置，包括測量部分、絕緣間隔段(9)、電機升降部分;其特 征在于，所述測量部分包括均壓環(huán)（1)、高壓側(cè)電極(2)、空屯、絕緣外殼(3)、電場傳感頭(4)、 低壓側(cè)接地電極(8)， 均壓環(huán)（1)與高壓側(cè)電極(2)相連，所述高壓側(cè)電極(2)、低壓側(cè)接地電極(8)分別位于 空屯、絕緣外殼(3)的兩端，兩電極中間產(chǎn)生電場； 低壓側(cè)接地電極(8)連接接地引線（11); 電場傳感頭(4)位于空屯、絕緣外殼(3)中，電場傳感頭(4)與電光轉(zhuǎn)換器(5)相連，電光 轉(zhuǎn)換器(5)通過傳輸光纖(6)與信號處理/發(fā)射單元(7)相連，測量信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換器(5)電 光轉(zhuǎn)換后，通過傳輸光纖(6)傳到信號處理/發(fā)射單元(7)中； 絕緣間隔段(9)位于空屯、絕緣外殼(3)的下端、電機升降部分的上端，絕緣間隔段(9)用 于測量部分與電機升降部分分開； 所述電機升降部分包括直流電機（13)、傳動桿（15)，直流電機（13)通過傳動桿（15)連 接測量部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述空屯、絕緣外殼 (3)密封且內(nèi)部充入氮氣，電場傳感頭(4)分布在空屯、絕緣外殼(3)的內(nèi)部，其位置分布由高 斯一切比雪夫求積公式確定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述信號處理/發(fā) 射單元(7)包括光電探測模塊、差分放大模塊、無線發(fā)射模塊，信號處理/發(fā)射單元(7)用于 實現(xiàn)對電場測量信號放大后進行無線發(fā)射。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述信號處理/發(fā) 射單元(7)通過無線方式連接顯示終端（16)，信號處理/發(fā)射單元(7)發(fā)射的無線信號，由顯 示終端（16)進行接收和處理； 顯示終端（16)包括無線接收模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字積分處理模塊、輸出顯示模塊，測 量電壓值在顯示終端（16)的輸出顯示模塊(17)上進行顯示。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述直流電機（13) 遙控控制，直流電機(13)連接遙控天線（12)，控制信號通過遙控天線（12)進行接收，通過直 流電機(13)控制傳動桿(15)的升降，使均壓環(huán)(1)接觸被測導(dǎo)線。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述高壓側(cè)電極 (2)、低壓側(cè)接地電極(8)之間的距離為2米，W該裝置的中軸線為X數(shù)軸，兩極板中點位置為 X數(shù)軸的原點，W數(shù)軸坐標(biāo)的形式，確定電場傳感頭(4)的在數(shù)軸上的位置。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種便攜式電壓在線測量裝置，其特征在于，所述高斯一切比雪 夫求積公式：所述電場傳感頭(4)分別放在的位置。8. 如權(quán)利要求1~7所述任意一種便攜式電壓在線測量裝置的電壓在線測量方法，其特 征在于，直流電機(13)遙控控制，直流電機(13)連接遙控天線（12)，控制信號通過遙控天線 (12)進行接收，通過直流電機(13)控制傳動桿(15)的升降，使均壓環(huán)(1)接觸被測導(dǎo)線。
【文檔編號】G01R19/25GK105974187SQ201610390540
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】李振華, 趙爽
【申請人】三峽大學(xué)