一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，它包括兩塊相互平行的探測(cè)極板、高絕緣干簧繼電器和信號(hào)采集與處理電路，兩塊探測(cè)極板置于被測(cè)電場(chǎng)中并與探測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)垂直，二者之間的感應(yīng)電壓經(jīng)高絕緣干簧繼電器的兩對(duì)常閉觸點(diǎn)送至信號(hào)采集與處理電路的輸入端并經(jīng)高絕緣干簧繼電器的兩對(duì)常開觸點(diǎn)換向后接到信號(hào)采集與處理電路的輸入端；所述高絕緣干簧繼電器的控制線圈接方波發(fā)生器。本發(fā)明利用高絕緣干簧繼電器將兩塊探測(cè)極板之間的感應(yīng)電壓調(diào)制成交流信號(hào)，不僅消除了后續(xù)電路溫漂和失調(diào)電壓的影響，而且探測(cè)電極沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，攜帶方便，工作可靠，測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)的斬波測(cè)量裝置，屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)交流輸電技術(shù)相比，特高壓直流輸電具有線路輸電能力強(qiáng)、損耗小、兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行、發(fā)生故障時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大功率輸電。但直流輸電線路下方空間的直流電場(chǎng)會(huì)對(duì)地面附近的電磁環(huán)境造成較大影響，為了滿足環(huán)境保護(hù)的要求，減少因電磁環(huán)境問(wèn)題引發(fā)的矛盾及法律糾紛，準(zhǔn)確測(cè)量輸電線路走廊空間的直流電場(chǎng)強(qiáng)度具有重要意義。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)直流電場(chǎng)的測(cè)量方法主要有兩種，一種是利用電光效應(yīng)原理，一種是利用靜電感應(yīng)原理。電光效應(yīng)法主要是利用某些晶體在電場(chǎng)中的泡克耳斯效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量受電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)制的光信號(hào)獲得電場(chǎng)強(qiáng)度信息，其不足之處是光學(xué)晶體的機(jī)械加工精度要求很高，易受溫度、應(yīng)力及雙折射的影響，另外，由于光探測(cè)晶體元件內(nèi)部離子遷移和空間電荷的積累，極易使待測(cè)電場(chǎng)發(fā)生畸變，上述局限性導(dǎo)致該方法未能得到廣泛應(yīng)用。靜電感應(yīng)法通常采用旋轉(zhuǎn)探測(cè)電極的方法，將空間直流電場(chǎng)在探測(cè)電極上感應(yīng)得到的電荷信號(hào)調(diào)制成交流信號(hào)，以便消除后續(xù)電路溫漂和失調(diào)電壓的影響。由于此類測(cè)量方法需要機(jī)械振動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，從電極上引出信號(hào)較為困難，利用電刷引出信號(hào)時(shí)，由于電刷磨損易造成接觸電阻變化，存在引出的信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)，在野外測(cè)量時(shí)，由于風(fēng)沙等原因易造成電極轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，也會(huì)造成測(cè)量誤差和測(cè)量困難。靜電感應(yīng)法也有通過(guò)移動(dòng)探測(cè)電極并利用積分電路進(jìn)行測(cè)量的報(bào)道，但電極的移動(dòng)在實(shí)際中存在很大的局限性，手動(dòng)移動(dòng)電極顯然是不現(xiàn)實(shí)的，那么只有通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置和軌道來(lái)移動(dòng)，這勢(shì)必會(huì)增大測(cè)量探頭的體積，使待測(cè)電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，測(cè)量結(jié)果失去參考價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、工作可靠且測(cè)量精度高的特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置。
[0005]本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，構(gòu)成中包括兩塊相互平行的探測(cè)極板、高絕緣干簧繼電器和信號(hào)采集與處理電路，兩塊探測(cè)極板置于被測(cè)電場(chǎng)中并與探測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)垂直，二者之間的感應(yīng)電壓經(jīng)高絕緣干簧繼電器的兩對(duì)常閉觸點(diǎn)送至信號(hào)采集與處理電路的輸入端并經(jīng)高絕緣干簧繼電器的兩對(duì)常開觸點(diǎn)換向后接到信號(hào)采集與處理電路的輸入端；所述高絕緣干簧繼電器的控制線圈接方波發(fā)生器。
[0006]上述特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，所述信號(hào)采集與處理電路包括數(shù)據(jù)采集卡、終端監(jiān)視器和三個(gè)運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器與第二運(yùn)算放大器分別接成兩個(gè)電壓跟隨器，兩個(gè)電壓跟隨器的輸入端分別經(jīng)高絕緣干簧繼電器的觸點(diǎn)與兩塊探測(cè)極板連接，它們的輸出端分別接第三運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸入端接第三運(yùn)算放大器的輸出端，輸出端接終端監(jiān)視器。
[0007]上述特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，所述終端監(jiān)視器采用筆記本電腦，它與數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)USB弓I線連接。
[0008]上述特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，所述探測(cè)極板為圓形金屬板。
[0009]本發(fā)明利用高絕緣干簧繼電器將兩塊探測(cè)極板之間的感應(yīng)電壓調(diào)制成交流信號(hào)，探測(cè)傳感器不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)，依靠繼電器將直流信號(hào)電調(diào)制為交流方波信號(hào)達(dá)到消除失調(diào)電壓和溫漂的目的，實(shí)現(xiàn)直流電場(chǎng)的測(cè)量。這不僅消除了后續(xù)電路溫漂和失調(diào)電壓的影響，而且探測(cè)電極沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，攜帶方便，工作可靠，測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，很好地克服了現(xiàn)有測(cè)量裝置的不足。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]圖1是本發(fā)明的電原理圖；
圖2是測(cè)量軟件程序原理框圖；
圖3是一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量結(jié)果。
[0012]圖中各標(biāo)號(hào)為:U1、第一運(yùn)算放大器，U2、第二運(yùn)算放大器，U3、第三運(yùn)算放大器，U4、數(shù)據(jù)采集卡，PC、終端監(jiān)視器，K、高絕緣干簧繼電器，A、上探測(cè)極板，B、下探測(cè)極板，E、電場(chǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]對(duì)于特高壓直流輸電線路直流電場(chǎng)的測(cè)量，通常需要測(cè)量直流高壓輸電線路下方距地面2米高度以下空間的直流電場(chǎng)，該電場(chǎng)方向一般為豎直方向，探測(cè)極板應(yīng)平行放置，并與電場(chǎng)方向垂直。為了克服現(xiàn)有直流電場(chǎng)測(cè)量方法的不足，本發(fā)明采用斬波(電調(diào)制)的方法將兩探測(cè)電極間的直流感應(yīng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一定頻率的交變信號(hào)，進(jìn)行直流電場(chǎng)的測(cè)量。
[0014]參看圖1，本發(fā)明由第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2、第三運(yùn)算放大器U3、數(shù)據(jù)采集卡U4、終端監(jiān)視器PC、高絕緣干簧繼電器K、上探測(cè)極板A、下探測(cè)極板B組成。
[0015]上探測(cè)極板A和下探測(cè)極B為直徑300mm、厚度3mm的圓形鋁材金屬板；高絕緣干簧繼電器K的型號(hào)為MAR5V-2C，起雙刀換向開關(guān)的作用，其絕緣阻抗高達(dá)IO15 Ω ;干簧繼電器是一種利用線圈電磁力來(lái)直接控制干簧管內(nèi)部觸點(diǎn)開關(guān)通、斷的繼電器，當(dāng)干簧繼電器的線圈中有電流流過(guò)時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)使密封在干簧管內(nèi)的鐵質(zhì)舌簧片磁化，其中兩個(gè)常開舌簧片在磁力作用下變?yōu)榻油顟B(tài)，兩個(gè)常閉舌簧片在磁力作用下變?yōu)榉蛛x狀態(tài)，即常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)線圈中無(wú)電流流過(guò)時(shí)，線圈不再產(chǎn)生磁場(chǎng)，干簧管內(nèi)部的舌簧片依靠自身彈力自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的位置，即常開觸點(diǎn)斷開、常閉觸點(diǎn)閉合。給繼電器的線圈施加一個(gè)方波信號(hào)，周期性地控制其觸點(diǎn)的吸合與釋放，從而實(shí)現(xiàn)雙刀雙擲換向開關(guān)的電子切換功能。本發(fā)明利用了干簧繼電器的雙刀換向功能，要求其觸點(diǎn)和觸點(diǎn)之間、觸點(diǎn)和外殼之間具有相當(dāng)高的絕緣阻抗(大于100ΤΩ )，漏電流在/ A的數(shù)量級(jí)。第一運(yùn)算放大器Ul和第二運(yùn)算放大器U2采用靜電計(jì)級(jí)運(yùn)放0PA128，第三運(yùn)算放大器U3采用精密單位運(yùn)放INA105，三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成高輸入阻抗的儀表運(yùn)放電路，輸入阻抗達(dá)IO15Ω。
[0016]高絕緣干簧繼電器K、三個(gè)運(yùn)算放大器以及數(shù)據(jù)采集卡USB6210置于一個(gè)儀器箱內(nèi)，探測(cè)極板置于待測(cè)電場(chǎng)中并通過(guò)兩條屏蔽電纜線與儀器箱連接，儀器箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡U4通過(guò)USB數(shù)據(jù)線纜與筆記本終端連接。
[0017]設(shè)上探測(cè)極板A和下探測(cè)極B間距為d，置于待測(cè)電場(chǎng)E中，兩探測(cè)極板平行放置并于E方向垂直，兩探測(cè)極板間感應(yīng)得到的電壓信號(hào)為U，該電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)制和濾波放大處理后最終輸出方波信號(hào)電壓幅度為V，總增益系數(shù)為G，則:E=u/d，V=G.u，E=V/G.d，通過(guò)監(jiān)測(cè)方波信號(hào)的幅度V，就可以得到待測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度E。
[0018]圖2為測(cè)量軟件程序原理框圖。該軟件是基于LabView軟件平臺(tái)開發(fā)的，首先利用USB數(shù)據(jù)采集板卡將待測(cè)電壓信號(hào)采集轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后利用濾波器子函數(shù)模塊和放大器子函數(shù)模塊，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理，再利用其圖形顯示輸出窗口和數(shù)據(jù)組輸出窗口輸出波形、電壓和場(chǎng)強(qiáng)。
[0019]圖3給出了在某±800kV直流輸電線路下方距地面Im高度的測(cè)量結(jié)果。圖中測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)是從正極性輸電導(dǎo)線在地表面的垂直投影為起點(diǎn)，垂直遠(yuǎn)離起點(diǎn)每隔Im測(cè)量得到的直流電場(chǎng)分布結(jié)果。該結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相符，表明了測(cè)量方法是正確的。
【權(quán)利要求】
1.一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征是，它包括兩塊相互平行的探測(cè)極板、高絕緣干簧繼電器(K)和信號(hào)采集與處理電路，兩塊探測(cè)極板置于被測(cè)電場(chǎng)中并與探測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)垂直，二者之間的感應(yīng)電壓經(jīng)高絕緣干簧繼電器(K)的兩對(duì)常閉觸點(diǎn)送至信號(hào)采集與處理電路的輸入端并經(jīng)高絕緣干簧繼電器(K)的兩對(duì)常開觸點(diǎn)換向后接到信號(hào)采集與處理電路的輸入端；所述高絕緣干簧繼電器(K)的控制線圈接方波發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征是，所述信號(hào)采集與處理電路包括數(shù)據(jù)采集卡(U4)、終端監(jiān)視器(PC)和三個(gè)運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器(Ul)與第二運(yùn)算放大器(U2)分別接成兩個(gè)電壓跟隨器，兩個(gè)電壓跟隨器的輸入端分別經(jīng)高絕緣干簧繼電器(K)的觸點(diǎn)與兩塊探測(cè)極板連接，它們的輸出端分別接第三運(yùn)算放大器(U3)的同相輸入端和反相輸入端，所述數(shù)據(jù)采集卡(U4)的輸入端接第三運(yùn)算放大器(U3 )的輸出端，輸出端接終端監(jiān)視器(PC )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征是，所述終端監(jiān)視器(PC)采用筆記本電腦，它與數(shù)據(jù)采集卡(U4)通過(guò)USB引線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種特高壓直流輸電線路空間直流電場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征是，所述探測(cè)極板為圓形金屬板。
【文檔編號(hào)】G01R29/08GK103630758SQ201310658120
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】劉洋, 崔翔 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)