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    重庆时时彩地址: 基于电光效应的非接触式过电压传感器.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410210660.2

    申请日:

    2014.05.19

    公开号:

    CN103969489A

    公开日:

    2014.08.06

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01R 15/24申请公布日:20140806|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 15/24申请日:20140519|||公开
    IPC分类号: G01R15/24; G01R19/165 主分类号: G01R15/24
    申请人: 重庆大学
    发明人: 杨庆; 韩睿; 司马文霞; 袁涛; 杜林; 董恒; 孙尚鹏; 刘通
    地址: 400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号
    优先权:
    专利代理机构: 北京汇泽知识产权代理有限公司 11228 代理人: 朱振德
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410210660.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.04.06|||2014.09.03|||2014.08.06

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于电光效应的非接触式过电压传感器,包括非接触传感单元和光电传感单元;所述非接触传感单元包括感应金属板、和低压臂???,所述感应金属板用于设置在架空输电线路下,低压臂??樯柚糜诟杏鹗舭逵氲刂?,低压臂??橛傻缛軨2及其外围电路组成,低压臂??榈牡缛軨2的一端与感应金属板1电连接,另一端接地,电容C2与感应金属板之间的电压信号输出端与光电传感单元的信号输入端电连接。本装置结构简单,体积小,远程控制方便,稳定性高,安装方便,便于推广和应用;通过电光效应实现光电信号的相互转换,用光纤实现信号的长距离传输,应具有传统光电传感器体积小、响应频率高、不受电磁场干扰等优点。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  基于电光效应的非接触式过电压传感器,其特征在于:包括非接触传感单元和光电传感单元;
    所述非接触传感单元包括感应金属板、和低压臂???,所述感应金属板用于设置在架空输电线路下,低压臂??樯柚糜诟杏鹗舭逵氲刂?,低压臂??橛傻缛軨2及其外围电路组成,低压臂??榈牡缛軨2的一端与感应金属板1电连接,另一端接地,电容C2与感应金属板之间的电压信号输出端与光电传感单元的信号输入端电连接。

    2.  如权利要求1所述的基于电光效应的非接触式过电压传感器,其特征在于:所述基于电光效应的非接触式过电压传感器还包括金属屏蔽外壳,感应金属板通过绝缘支架设置于金属屏蔽外壳内,金属屏蔽外壳接地。

    3.   如权利要求2所述的基于电光效应的非接触式过电压传感器,其特征在于:所述光电传感单元设置于金属屏蔽外壳内。

    4.  如权利要求1-3中任一项所述的基于电光效应的非接触式过电压传感器,其特征在于:所述光电传感单元的光路上依次包括光纤准直器Ⅰ、光学起偏器、1/4波片、上下侧分别设置有金属极板的LiNbO3晶体、光学检偏器、光纤准直器Ⅱ,所述LiNbO3晶体7的一侧金属极板与低压臂??榈牡缛軨2与感应金属板之间的的电压信号输出端电连接,另一侧金属极板接地;光纤准直器Ⅰ通过光纤与激光源连接,光纤准直器Ⅱ通过光纤与光电探测器连接。

    说明书

    说明书基于电光效应的非接触式过电压传感器
    技术领域
    本发明属于高压输电线路电压监测技术领域,具体涉及一种非接触式过电压传感器。
    背景技术
    随着我国电网容量的增大,用户对电力系统的安全可靠运行提出了更高的要求,运行经验表明超高压电网中遭受过电压的幅值较高,对变电站和输电线路的绝缘结构造成严重威胁。变电站是电力系统的枢纽,而站内的变压器等主要电气设备的内绝缘大多没有自恢复能力,一旦由于雷电过电压或操作过电压引起损坏,修复起来十分困难,可能会带来严重的后果。因此,过电压防护一直是建设超高压电网的重要研究课题。特别在智能电网战略提出以后,对电网过电压的智能感知和控制得到了科研机构和运行部门的重视,这其中,实现过电压的智能感知是实现过电压自愈功能的前提。因此,安全准确感知过电压波形参数,可为变电站进行过电压事故分析、改善过电压的防治措施、提高架空输电线路绝缘配合水平和保障电力系统安全运行提供重要的理论依据和工程应用参考。
    随着传感、通信及计算机技术的进步,国内外在电网过电压在线监测与事故预警分析方面已经取得了一定的成效。如重庆大学在不增加系统一次设备并确保安全的前提下提出了安装特制的电压传感器组成套管分压系统,该方法结构简单,但存在末屏接地线断线或传感器断路造成末屏放电的潜在危险。为避免对一次系统的干扰,重庆大学提出了一种用于高压架空输电线路过电压在线监测的非接触式传感器,通过架空输电线路与传感器之间的杂散电容和传感器分压电容形成电容分压器,获取架空输电线路的电压波形。但其低压臂采用电容分压,电压信号也未经转换直接进行长距离传输,受到的电磁干扰较大。
    近年来随着光电技术的发展,已有学者开展了基于电光效应的电压传感技术的研究,研制了各种型式的光纤电压传感器OVS(Optic Voltage Sensor),根据传感原理主要可分为:传光型无源OVS、有源OVS、全光纤OVS和基于电致伸缩原理的OVS。所谓电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性,物质的折射率因外加电场而发生变化的现象。传光型无源OVS一般是采用线性电光效应。传感器由电光晶体和一些光学元件组成,它们是无源器件,工作不需要电源,因此属于无源型光纤电压传感器。有源OVS需要工作电源,其最大优点是采用数字光学信号传输,信号与衰减无关,但其存在系统测量误差大、高低压之间隔离困难、电气安全性差、易受外界干扰等不足。全光纤OVS也被称为功能型或传感型OVS,它由特殊光纤构成,光纤既起传光作用,也可起传感作用,这种特殊光纤材料中掺杂了特殊元素,截面形状和折射率分布也有特殊要求。全光纤OVS的优点是结构简单,所需光学元件和接头较少。但是,特殊光纤难以制造、要求高且尚不成熟,至今成功的的应用还比较少,因此全光纤OVS离实用化的道路尚较遥远?;谟诘缰律焖踉淼腛VS是将光纤缠绕在压电材料(石英晶体或陶瓷等)上,电场引起晶体或陶瓷变形,从而引起光纤的光学性质变化,由Mach-Zehnder干涉仪或双模光纤干涉仪探测这种变化即可测得电压和电场大小。以上这些光纤电压传感器均是基于传统的电光效应,可以直接对过电压进行测量,基于这些OVS原理所设计的过电压传感器也均在实验室和电网系统中有所应用。这些基于电光效应的传感器具有体积小,响应频率高,受电磁干扰小的特点,但是其重要缺点是他们均与电力系统一次设备接触,与电网安全运行规范相背离,其自身的不稳定运行可能反而造成整个电网的故障。
    发明内容
    有鉴于此,本发明提供一种基于电光效应的非接触式过电压传感器,与一次系统完全隔离、感知精度高、信号传输方便。
    本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
    基于电光效应的非接触式过电压传感器,包括非接触传感单元和光电传感单元;
    所述非接触传感单元包括感应金属板、和低压臂???,所述感应金属板用于设置在架空输电线路下,低压臂??樯柚糜诟杏鹗舭逵氲刂?,低压臂??橛傻缛軨2及其外围电路组成,低压臂??榈牡缛軨2的一端与感应金属板1电连接,另一端接地,电容C2与感应金属板之间的电压信号输出端与光电传感单元的信号输入端电连接。
    进一步,所述基于电光效应的非接触式过电压传感器还包括金属屏蔽外壳,感应金属板通过绝缘支架设置于金属屏蔽外壳内,金属屏蔽外壳接地。
    进一步,所述光电传感单元设置于金属屏蔽外壳内。
    进一步,所述光电传感单元的光路上依次包括光纤准直器Ⅰ、光学起偏器、1/4波片、上下侧分别设置有金属极板的LiNbO3晶体、光学检偏器、光纤准直器Ⅱ,所述LiNbO3晶体7的一侧金属极板与低压臂??榈牡缛軨2与感应金属板之间的的电压信号输出端电连接,另一侧金属极板接地;光纤准直器Ⅰ通过光纤与激光源连接,光纤准直器Ⅱ通过光纤与光电探测器连接。
    本发明的有益效果:本发明的基于电光效应的非接触式过电压传感器,相对于现有技术,具有如下优点:
    本装置结构简单,体积小,远程控制方便,稳定性高,安装方便,便于推广和应用。
    本装置通过电光效应实现光电信号的相互转换,用光纤实现信号的长距离传输,应具有传统光电传感器体积小、响应频率高、不受电磁场干扰等优点
    本装置通过用金属板感应过电压,实现传感器与电力系统一次设备的电气隔离,在保证测量精度的前提下,有较高的安全性。
    本装置通过全光纤耦合技术的研制去噪声抑制技术的研究,实现弱电压信号的高精度测量。
    附图说明
    下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
    图1为本发明装置中基于电光效应的非接触式过电压传感器的结构示意图;
    图2为本发明装置中电光转换??榻峁故疽馔?;
    图3为本发明装置应用于特高压输电线路的结构示意图。
    具体实施方式
    以下将结合附图对本发明进行详细说明。
    参见图1-3,基于电光效应的非接触式过电压传感器,包括金属屏蔽外壳、非接触传感单元和光电传感单元;
    所述非接触传感单元包括感应金属板1、低压臂??楹屯岬缋?,所述感应金属板用于设置在架空输电线路下,低压臂??榈脱贡凵柚糜诟杏鹗舭逵氲刂?,,低压臂??榈牧硪欢送ü岬缋掠牍獾绱械ピ男藕攀淙攵说缌?,光电传感单元用于将低压臂??槭涑龅牡缪剐藕抛晃庑藕?。
    所述感应金属板1通过绝缘支架2设置于金属屏蔽外壳3内,金属屏蔽外壳3接地。
    所述感应金属板1为长500mm,宽500mm,厚2mm的金属钢,具有一定的强度和耐腐蚀性。所述金属屏蔽外壳3外形为上端开口的正方体,长度为500mm,宽度为500mm,高度为100mm,所用材质为金属钢,钢板厚度为2mm。所述绝缘支架1为木质或塑胶材料等绝缘材料,。感应金属板1安装在绝缘支架2上方,绝缘支架2起到绝缘和支撑的作用。绝缘支架2固定于金属屏蔽外壳3内。
    所述低压臂??橛傻缛軨2、匹配电阻、放电间隙组成,用圆柱型金属外壳封装,高度为150mm,底面半径为50mm。低压臂??樯柚糜诟杏鹗舭逑路?,低压臂??橹械缛軨2的一端与感应金属板1电连接,另一端接地。
    参见图3,架空输电线路与感应金属板之间形成的杂散电容C1和感应金属板与地之间低压臂??榈牡缛軨2形成分压,将架空输电线路上的高电压信号转换为感应金属板上的低电压信号进行测量。同时,利用感应金属板的屏蔽外壳接地,屏蔽其他非测量相对过电压传感器的干扰。高电压信号从感应金属板传输到分压电容,经匹配电阻引向同轴电缆。
    根据电路理论,感应金属板对地分压电容C2上的电压 为:

    式中,为电网电压,K为分压比。由于杂散电容C1的大小与感应金属板与架空输电线路的距离、架空输电线的直径以及感应金属板的几何尺寸有关。而分压电容C2为固定值。因此一旦金属板安装位置,几何尺寸以及分压电容确定,则分压比K为常数,感应金属板对地电压与电网电压成线性关系。
    所述光电传感单元设置于金属屏蔽外壳内。所述光电传感单元的光路上依次包括光纤准直器4、光学起偏器4、1/4波片6、、上下侧分别设置有金属极板的LiNbO3晶体7、光学检偏器8、光纤准直器9、,所述LiNbO3晶体7的一侧金属极板与低压臂??榈牡缛軨2与感应金属板之间的的电压信号输出端电连接,另一侧金属极板接地。
    光纤准直器4、光学起偏器4、1/4波片6、、上下侧分别设置有金属极板的LiNbO3晶体7、光学检偏器8、光纤准直器9封装为一个长度为100mm,宽度为15mm,高度为15mm的???。
    激光源与PD光电探测器可设置在控制室,激光源发出的激光经通过保偏光纤长距离传输到光电传感单元,激光经光纤准直器4准直后依次垂直射入光学起偏器4、1/4波片6、、上下侧分别设置有金属极板的LiNbO3晶体7、光学检偏器8、光纤准直器9,实现电光调制。所述光学起偏器外形为长方体,长度为1mm,宽度为5mm,高度为5mm,通光孔径为Φ4mm,适用波长为1550nm。所述LiNbO3晶体外形为长方体,长度为15mm,宽度为5mm,高度为5mm,该晶体具有Pockels电光效应,将非接触传感单元感应的电压信号通过金属电极加在晶体上下两端,所述金属电极板外形为长方体,长度为15mm,宽度为5mm,厚度为2mm,分别贴于LiNbO3晶体上下两面。所述1/4波片外形为长方体,长度为1mm,宽度为5mm,高度为5mm,通光孔径为Φ4mm,适用波长为1550nm。所述光学检偏器外形为长方体,长度为1mm,宽度为5mm,高度为5mm,通光孔径为Φ4mm,适用波长为1550nm。经电光调制后的激光通过??槲捕斯庀俗贾逼?耦合进入多模光纤并长距离传输至PD光电探测器进行光电转换分析,最终实现对输电线路过电压的监测。
    最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

    关 键 词:
    基于 电光 效应 接触 过电压 传感器
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