基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，包括非接觸傳感單元和光電傳感單元；所述非接觸傳感單元包括感應(yīng)金屬板、和低壓臂模塊，所述感應(yīng)金屬板用于設(shè)置在架空輸電線路下，低壓臂模塊設(shè)置于感應(yīng)金屬板與地之間，低壓臂模塊由電容C2及其外圍電路組成，低壓臂模塊的電容C2的一端與感應(yīng)金屬板1電連接，另一端接地，電容C2與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與光電傳感單元的信號(hào)輸入端電連接。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，遠(yuǎn)程控制方便，穩(wěn)定性高，安裝方便，便于推廣和應(yīng)用；通過電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，用光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸，應(yīng)具有傳統(tǒng)光電傳感器體積小、響應(yīng)頻率高、不受電磁場(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于高壓輸電線路電壓監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非接觸式過電壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)電網(wǎng)容量的增大，用戶對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明超高壓電網(wǎng)中遭受過電壓的幅值較高，對(duì)變電站和輸電線路的絕緣結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重威脅。變電站是電力系統(tǒng)的樞紐，而站內(nèi)的變壓器等主要電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣大多沒有自恢復(fù)能力，一旦由于雷電過電壓或操作過電壓引起損壞，修復(fù)起來十分困難，可能會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。因此，過電壓防護(hù)一直是建設(shè)超高壓電網(wǎng)的重要研究課題。特別在智能電網(wǎng)戰(zhàn)略提出以后，對(duì)電網(wǎng)過電壓的智能感知和控制得到了科研機(jī)構(gòu)和運(yùn)行部門的重視，這其中，實(shí)現(xiàn)過電壓的智能感知是實(shí)現(xiàn)過電壓自愈功能的前提。因此，安全準(zhǔn)確感知過電壓波形參數(shù)，可為變電站進(jìn)行過電壓事故分析、改善過電壓的防治措施、提高架空輸電線路絕緣配合水平和保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供重要的理論依據(jù)和工程應(yīng)用參考。
[0003]隨著傳感、通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外在電網(wǎng)過電壓在線監(jiān)測(cè)與事故預(yù)警分析方面已經(jīng)取得了一定的成效。如重慶大學(xué)在不增加系統(tǒng)一次設(shè)備并確保安全的前提下提出了安裝特制的電壓傳感器組成套管分壓系統(tǒng)，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在末屏接地線斷線或傳感器斷路造成末屏放電的潛在危險(xiǎn)。為避免對(duì)一次系統(tǒng)的干擾，重慶大學(xué)提出了一種用于高壓架空輸電線路過電壓在線監(jiān)測(cè)的非接觸式傳感器，通過架空輸電線路與傳感器之間的雜散電容和傳感器分壓電容形成電容分壓器，獲取架空輸電線路的電壓波形。但其低壓臂采用電容分壓，電壓信號(hào)也未經(jīng)轉(zhuǎn)換直接進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，受到的電磁干擾較大。
[0004]近年來隨著光電技術(shù)的發(fā)展，已有學(xué)者開展了基于電光效應(yīng)的電壓傳感技術(shù)的研究，研制了各種型式的光纖電壓傳感器0VS(0ptic Voltage Sensor),根據(jù)傳感原理主要可分為:傳光型無源0VS、有源0VS、全光纖OVS和基于電致伸縮原理的0VS。所謂電光效應(yīng)是指某些各向同性的透明物質(zhì)在電場(chǎng)作用下顯示出光學(xué)各向異性，物質(zhì)的折射率因外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的現(xiàn)象。傳光型無源OVS—般是采用線性電光效應(yīng)。傳感器由電光晶體和一些光學(xué)元件組成，它們是無源器件，工作不需要電源，因此屬于無源型光纖電壓傳感器。有源OVS需要工作電源，其最大優(yōu)點(diǎn)是采用數(shù)字光學(xué)信號(hào)傳輸，信號(hào)與衰減無關(guān)，但其存在系統(tǒng)測(cè)量誤差大、高低壓之間隔離困難、電氣安全性差、易受外界干擾等不足。全光纖OVS也被稱為功能型或傳感型0VS，它由特殊光纖構(gòu)成，光纖既起傳光作用，也可起傳感作用，這種特殊光纖材料中摻雜了特殊元素，截面形狀和折射率分布也有特殊要求。全光纖OVS的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需光學(xué)元件和接頭較少。但是，特殊光纖難以制造、要求高且尚不成熟，至今成功的的應(yīng)用還比較少，因此全光纖OVS離實(shí)用化的道路尚較遙遠(yuǎn)?；谟陔娭律炜s原理的OVS是將光纖纏繞在壓電材料(石英晶體或陶瓷等)上，電場(chǎng)引起晶體或陶瓷變形，從而引起光纖的光學(xué)性質(zhì)變化，由Mach-Zehnder干涉儀或雙模光纖干涉儀探測(cè)這種變化即可測(cè)得電壓和電場(chǎng)大小。以上這些光纖電壓傳感器均是基于傳統(tǒng)的電光效應(yīng)，可以直接對(duì)過電壓進(jìn)行測(cè)量，基于這些OVS原理所設(shè)計(jì)的過電壓傳感器也均在實(shí)驗(yàn)室和電網(wǎng)系統(tǒng)中有所應(yīng)用。這些基于電光效應(yīng)的傳感器具有體積小，響應(yīng)頻率高，受電磁干擾小的特點(diǎn)，但是其重要缺點(diǎn)是他們均與電力系統(tǒng)一次設(shè)備接觸，與電網(wǎng)安全運(yùn)行規(guī)范相背離，其自身的不穩(wěn)定運(yùn)行可能反而造成整個(gè)電網(wǎng)的故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，與一次系統(tǒng)完全隔離、感知精度高、信號(hào)傳輸方便。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題:
基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，包括非接觸傳感單元和光電傳感單元；
所述非接觸傳感單元包括感應(yīng)金屬板、和低壓臂模塊，所述感應(yīng)金屬板用于設(shè)置在架空輸電線路下，低壓臂模塊設(shè)置于感應(yīng)金屬板與地之間，低壓臂模塊由電容C2及其外圍電路組成，低壓臂模塊的電容C2的一端與感應(yīng)金屬板I電連接，另一端接地，電容C2與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與光電傳感單元的信號(hào)輸入端電連接。
[0007]進(jìn)一步，所述基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器還包括金屬屏蔽外殼，感應(yīng)金屬板通過絕緣支架設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi)，金屬屏蔽外殼接地。
[0008]進(jìn)一步，所述光電傳感單元設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi)。
[0009]進(jìn)一步，所述光電傳感單元的光路上依次包括光纖準(zhǔn)直器1、光學(xué)起偏器、1/4波片、上下側(cè)分別設(shè)置有金屬極板的LiNbO3晶體、光學(xué)檢偏器、光纖準(zhǔn)直器II，所述LiNbO3晶體7的一側(cè)金屬極板與低壓臂模塊的電容C2與感應(yīng)金屬板之間的的電壓信號(hào)輸出端電連接，另一側(cè)金屬極板接地；光纖準(zhǔn)直器I通過光纖與激光源連接，光纖準(zhǔn)直器II通過光纖與光電探測(cè)器連接。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn):
本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，遠(yuǎn)程控制方便，穩(wěn)定性高，安裝方便，便于推廣和應(yīng)用。
[0011]本裝置通過電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，用光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸，應(yīng)具有傳統(tǒng)光電傳感器體積小、響應(yīng)頻率高、不受電磁場(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)
本裝置通過用金屬板感應(yīng)過電壓，實(shí)現(xiàn)傳感器與電力系統(tǒng)一次設(shè)備的電氣隔離，在保證測(cè)量精度的前提下，有較高的安全性。
[0012]本裝置通過全光纖耦合技術(shù)的研制去噪聲抑制技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)弱電壓信號(hào)的高精度測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0014]圖1為本發(fā)明裝置中基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明裝置中電光轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明裝置應(yīng)用于特高壓輸電線路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0015]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]參見圖1-3，基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，包括金屬屏蔽外殼、非接觸傳感單元和光電傳感單元；
所述非接觸傳感單元包括感應(yīng)金屬板1、低壓臂模塊和同軸電纜，所述感應(yīng)金屬板用于設(shè)置在架空輸電線路下，低壓臂模塊低壓臂設(shè)置于感應(yīng)金屬板與地之間，，低壓臂模塊的另一端通過同軸電纜與光電傳感單元的信號(hào)輸入端電連接，光電傳感單元用于將低壓臂模塊輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。
[0017]所述感應(yīng)金屬板I通過絕緣支架2設(shè)置于金屬屏蔽外殼3內(nèi)，金屬屏蔽外殼3接地。
[0018]所述感應(yīng)金屬板I為長(zhǎng)500mm,寬500mm,厚2mm的金屬鋼，具有一定的強(qiáng)度和耐腐蝕性。所述金屬屏蔽外殼3外形為上端開口的正方體，長(zhǎng)度為500mm，寬度為500mm，高度為100mm，所用材質(zhì)為金屬鋼，鋼板厚度為2mm。所述絕緣支架I為木質(zhì)或塑膠材料等絕緣材料，。感應(yīng)金屬板I安裝在絕緣支架2上方，絕緣支架2起到絕緣和支撐的作用。絕緣支架2固定于金屬屏蔽外殼3內(nèi)。
[0019]所述低壓臂模塊由電容C2、匹配電阻、放電間隙組成，用圓柱型金屬外殼封裝，高度為150mm,底面半徑為50_。低壓臂模塊設(shè)置于感應(yīng)金屬板下方,低壓臂模塊中電容C2的一端與感應(yīng)金屬板I電連接，另一端接地。
[0020]參見圖3，架空輸電線路與感應(yīng)金屬板之間形成的雜散電容C1和感應(yīng)金屬板與地之間低壓臂模塊的電容C2形成分壓，將架空輸電線路上的高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)金屬板上的低電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，利用感應(yīng)金屬板的屏蔽外殼接地，屏蔽其他非測(cè)量相對(duì)過電壓傳感器的干擾。高電壓信號(hào)從感應(yīng)金屬板傳輸?shù)椒謮弘娙?，?jīng)匹配電阻引向同軸電纜。
[0021]根據(jù)電路理論，感應(yīng)金屬板對(duì)地分壓電容C2上的電壓
【權(quán)利要求】
1.基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，其特征在于:包括非接觸傳感單元和光電傳感單元； 所述非接觸傳感單元包括感應(yīng)金屬板、和低壓臂模塊，所述感應(yīng)金屬板用于設(shè)置在架空輸電線路下，低壓臂模塊設(shè)置于感應(yīng)金屬板與地之間，低壓臂模塊由電容C2及其外圍電路組成，低壓臂模塊的電容C2的一端與感應(yīng)金屬板I電連接，另一端接地，電容C2與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與光電傳感單元的信號(hào)輸入端電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，其特征在于:所述基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器還包括金屬屏蔽外殼，感應(yīng)金屬板通過絕緣支架設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi)，金屬屏蔽外殼接地。
3.如權(quán)利要求2所述的基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，其特征在于:所述光電傳感單元設(shè)置于金屬屏蔽外殼內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的基于電光效應(yīng)的非接觸式過電壓傳感器，其特征在于:所述光電傳感單元的光路上依次包括光纖準(zhǔn)直器1、光學(xué)起偏器、1/4波片、上下側(cè)分別設(shè)置有金屬極板的LiNbO3晶體、光學(xué)檢偏器、光纖準(zhǔn)直器II,所述LiNbO3晶體7的一側(cè)金屬極板與低壓臂模塊的電容C2與感應(yīng)金屬板之間的的電壓信號(hào)輸出端電連接，另一側(cè)金屬極板接地；光纖準(zhǔn)直器I通過光纖與激光源連接，光纖準(zhǔn)直器II通過光纖與光電探測(cè)器連接。
【文檔編號(hào)】G01R19/165GK103969489SQ201410210660
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】楊慶, 韓睿, 司馬文霞, 袁濤, 杜林 , 董恒, 孫尚鵬, 劉通 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)