用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電壓傳感器，特別是一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光 學(xué)電壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)過(guò)電壓是在特定條件下所出現(xiàn)的超過(guò)工作電壓的異常電壓升高，屬于電 力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長(zhǎng)期耐受著工作電壓，同時(shí)還必須能夠承 受一定幅度的過(guò)電壓，運(yùn)樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。近年來(lái)隨著我國(guó)電網(wǎng)容量 的增大和大量特高壓線路的開(kāi)工建設(shè)，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(guò)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。對(duì)于變電站是電力系統(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(méi) 有恢復(fù)能力，一旦由于雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓引起損壞，修復(fù)起來(lái)十分困難，勢(shì)必造成嚴(yán) 重的后果，很有可能導(dǎo)致大面積的停電，給生活和生產(chǎn)帶來(lái)極大的不便。
[0003] 近年來(lái)，在高壓和超高壓電網(wǎng)已有一些過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置投入運(yùn)行，但目前對(duì) 于過(guò)電壓信號(hào)的獲取大多數(shù)采用的是高壓電阻式或電容式分壓器。例如一些特制的電壓傳 感器組成套管分壓系統(tǒng)，從電容式套管的末屏抽頭處獲取電壓信號(hào)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)過(guò) 電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。當(dāng)電網(wǎng)電壓等級(jí)較低時(shí)，分壓器長(zhǎng)期并聯(lián)于電網(wǎng)運(yùn)行不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn) 生太大影響。但是，當(dāng)電壓等級(jí)較高時(shí)，在系統(tǒng)中安裝分壓器，額外增加了系統(tǒng)中一次設(shè)備 投入。對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，既不經(jīng)濟(jì)，也不安全。而且運(yùn)種套管末屏電壓傳感器也存在末屏 接地線斷線或傳感器斷路造成末屏放電的潛在危險(xiǎn)。對(duì)于特高壓電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，一次設(shè)備的運(yùn) 行安全極為重要，任何在一次設(shè)備上的新投入都會(huì)給特高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)潛在分 享，因此特高壓電網(wǎng)的過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置不能沿用中壓和高壓電網(wǎng)的方式，而需要研制安全 性和傳輸精度高的非接觸傳感技術(shù)，且要求傳感設(shè)備具有較低的成本和便于推廣，還要降 低整個(gè)裝置的干擾，進(jìn)一步增大頻寬，降低整個(gè)裝置的成本，減小響應(yīng)時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是提供一種與一次設(shè)備完全隔離、安裝方便W及信號(hào)傳輸抗干擾 能力強(qiáng)的一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器。
[000引本發(fā)明的目的是通過(guò)運(yùn)樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非 接觸式光學(xué)電壓傳感器，包括電壓信號(hào)接收天線和電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊；
[0006] 所述電壓信號(hào)接收天線設(shè)有感應(yīng)金屬板，所述感應(yīng)金屬板通過(guò)電纜與電壓轉(zhuǎn)換傳 輸模塊實(shí)現(xiàn)電連接；
[0007] 所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內(nèi)，所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊設(shè)有低壓 分壓電容與電光轉(zhuǎn)換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應(yīng)金屬板電連接，另一端接地，所 述低壓分壓電容與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與電光轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端電連 接。
[0008]優(yōu)選地，所述電光轉(zhuǎn)換單元沿同一光軸依次設(shè)置有第一光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)起偏器、1/4波片、上下側(cè)敷設(shè)有金屬電極的第一電光轉(zhuǎn)換晶體、1/2波片、上下側(cè)敷設(shè)有金屬電極的 第二電光轉(zhuǎn)換晶體、光學(xué)檢偏器和第二光纖準(zhǔn)直器，所述第一電光轉(zhuǎn)換晶體和/或第二電光 轉(zhuǎn)換晶體的一側(cè)電極與低壓分壓電容和感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端電連接，另一側(cè) 通過(guò)金屬屏蔽外殼接地，所述第一光纖準(zhǔn)直器通過(guò)光纖與激光源連接，所述第二光纖準(zhǔn)直 器通過(guò)光纖與電探測(cè)器連接。
[0009]優(yōu)選地，所述第一電光轉(zhuǎn)換晶體和第二電光轉(zhuǎn)換晶體均為L(zhǎng)iNb03晶體。
[0010] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，安裝方便，便于推廣和應(yīng)用。通過(guò)雜散電容禪合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸 電線路電壓的非接觸感應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)一次設(shè)備不存在安全隱患，感應(yīng)信號(hào)穩(wěn)定。利用電光效應(yīng) 實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和光信號(hào)的有效轉(zhuǎn)換，使得信號(hào)傳輸過(guò)程中不受復(fù)雜電磁環(huán)境干擾。本裝置在 監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需電源供電，安全可靠，方便維護(hù)。
[0012] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可 W從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可W通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要 求書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0013]本發(fā)明的【附圖說(shuō)明】如下。
[0014]圖1是本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2是本實(shí)施例的電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖3是本實(shí)施例的電光轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]如圖1-3所示，用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器，包括電壓信 號(hào)接收天線和電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊；
[0019]所述電壓信號(hào)接收天線包括感應(yīng)金屬板，所述感應(yīng)金屬板材料為不誘鋼，耐腐蝕， 可長(zhǎng)期曝露與野外環(huán)境。感應(yīng)金屬板可設(shè)置在待測(cè)輸電線路正下方，金屬板板面與輸電線 路垂直正對(duì)，所述感應(yīng)金屬板通過(guò)電纜與電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊實(shí)現(xiàn)電連接。
[0020] 所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內(nèi)，可架設(shè)于桿塔底部或變電站內(nèi)， 所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊包括低壓分壓電容與電光轉(zhuǎn)換單元，所述低壓分壓電容C2的一端與 感應(yīng)金屬板電連接，另一端接地，低壓分壓電容C2與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與 電光轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端電連接。
[0021] 輸電線路與感應(yīng)金屬板之間形成的雜散禪合電容C1和感應(yīng)金屬板與地之間低壓 分壓電容C2形成分壓，將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。
[0022] 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U2(t)為：
[0023]
[0024]式中，ui(t)為電網(wǎng)電壓，Κ為分壓比。由于雜散電容Cl的大小與感應(yīng)金屬板與架空 輸電線路的距離、架空輸電線的直徑W及感應(yīng)金屬板的幾何尺寸有關(guān)。而低壓分壓電容C2 為固定值。因此一旦金屬板安裝位置，幾何尺寸W及低壓分壓電容確定，則分壓比K為常數(shù)， 感應(yīng)金屬板對(duì)地電壓與電網(wǎng)電壓成線性關(guān)系。
[0025]進(jìn)一步，所述電光轉(zhuǎn)換單元在光路上依次包括第一光纖準(zhǔn)直器4、光學(xué)起偏器5、1/ 4波片6、上下側(cè)敷設(shè)金屬電極的第一Li師03晶體7、1/2波片8、上下側(cè)敷設(shè)金屬電極的第二 Li師03晶體9、光學(xué)檢偏器10、第二光纖準(zhǔn)直11，所述Li師03晶體的一側(cè)電極與低壓分壓電 容C2和感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端電連接，另一側(cè)通過(guò)金屬屏蔽外殼接地，第一光 纖準(zhǔn)直器4通過(guò)光纖與激光源1連接，第二光纖準(zhǔn)直器11通過(guò)光纖與光電探測(cè)器2連接。
[0026]激光源1與PD光電探測(cè)器2可設(shè)置在控制室內(nèi)，激光源1發(fā)出的激光經(jīng)通過(guò)保偏光 纖長(zhǎng)距離傳輸?shù)诫姽廪D(zhuǎn)換單元，激光經(jīng)第一光纖準(zhǔn)直器4準(zhǔn)直后依次垂直射入光學(xué)起偏器 5、1/4波片6、上下側(cè)敷設(shè)金屬電極的第一LiNb03晶體7、1/2波片8、上下側(cè)敷設(shè)金屬電極的 第二LiNb03晶9、光學(xué)檢偏器10、第二光纖準(zhǔn)直器11，實(shí)現(xiàn)電光調(diào)制。經(jīng)電光調(diào)制后的激光通 過(guò)模塊尾端光纖準(zhǔn)直器11禪合進(jìn)入多模光纖并長(zhǎng)距離傳輸至PD光電探測(cè)器2進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換 分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路過(guò)電壓的監(jiān)測(cè)。
[0027]最后說(shuō)明的是，W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器，其特征在于，包括電壓 信號(hào)接收天線和電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊； 所述電壓信號(hào)接收天線設(shè)有感應(yīng)金屬板，所述感應(yīng)金屬板通過(guò)電纜與電壓轉(zhuǎn)換傳輸模 塊實(shí)現(xiàn)電連接； 所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內(nèi)，所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊設(shè)有低壓分壓 電容與電光轉(zhuǎn)換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應(yīng)金屬板電連接，另一端接地，所述低 壓分壓電容與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與電光轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端電連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器，其 特征在于，所述電光轉(zhuǎn)換單元沿同一光軸依次設(shè)置有第一光纖準(zhǔn)直器、光學(xué)起偏器、1/4波 片、上下側(cè)敷設(shè)有金屬電極的第一電光轉(zhuǎn)換晶體、1/2波片、上下側(cè)敷設(shè)有金屬電極的第二 電光轉(zhuǎn)換晶體、光學(xué)檢偏器和第二光纖準(zhǔn)直器，所述第一電光轉(zhuǎn)換晶體和/或第二電光轉(zhuǎn)換 晶體的一側(cè)電極與低壓分壓電容和感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端電連接，另一側(cè)通過(guò) 金屬屏蔽外殼接地，所述第一光纖準(zhǔn)直器通過(guò)光纖與激光源連接，所述第二光纖準(zhǔn)直器通 過(guò)光纖與電探測(cè)器連接。3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器，其 特征在于，所述第一電光轉(zhuǎn)換晶體和第二電光轉(zhuǎn)換晶體均為L(zhǎng)iNb03晶體。
【專利摘要】一種用于電網(wǎng)過(guò)電壓多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的非接觸式光學(xué)電壓傳感器，包括電壓信號(hào)接收天線和電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊；所述電壓信號(hào)接收天線設(shè)有感應(yīng)金屬板，所述感應(yīng)金屬板通過(guò)電纜與電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊實(shí)現(xiàn)電連接；所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內(nèi)，所述電壓轉(zhuǎn)換傳輸模塊設(shè)有低壓分壓電容與電光轉(zhuǎn)換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應(yīng)金屬板電連接，另一端接地，所述低壓分壓電容與感應(yīng)金屬板之間的電壓信號(hào)輸出端與電光轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)輸入端電連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，安裝方便，便于推廣和應(yīng)用。通過(guò)雜散電容耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸電線路電壓的非接觸感應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)一次設(shè)備不存在安全隱患，感應(yīng)信號(hào)穩(wěn)定。
【IPC分類】G01R19/165
【公開(kāi)號(hào)】CN105445530
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510847234
【發(fā)明人】畢茂強(qiáng), 伏進(jìn), 王謙, 吳高林, 李永福, 楊慶
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日