用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器制造技術

一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，包括電壓信號接收天線和電壓轉換傳輸模塊；所述電壓信號接收天線設有感應金屬板，所述感應金屬板通過電纜與電壓轉換傳輸模塊實現電連接；所述電壓轉換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內，所述電壓轉換傳輸模塊設有低壓分壓電容與電光轉換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應金屬板電連接，另一端接地，所述低壓分壓電容與感應金屬板之間的電壓信號輸出端與電光轉換單元的信號輸入端電連接。結構簡單，穩定性高，安裝方便，便于推廣和應用。通過雜散電容耦合效應實現輸電線路電壓的非接觸感應，對電網一次設備不存在安全隱患，感應信號穩定。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電壓傳感器，特別是一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器。
技術介紹
電力系統過電壓是在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。電工設備的絕緣長期耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統安全可靠地運行。近年來隨著我國電網容量的增大和大量特高壓線路的開工建設，對電力系統的安全可靠運行提出了更高的要求，運行經驗表明超高壓電網中遭受過電壓的幅值較高，對變電站和輸電線路的絕緣結構造成嚴重威脅。對于變電站是電力系統的樞紐，而站內的變壓器等主要電氣設備的內絕緣大多沒有恢復能力，一旦由于雷電過電壓或操作過電壓引起損壞，修復起來十分困難，勢必造成嚴重的后果，很有可能導致大面積的停電，給生活和生產帶來極大的不便。近年來，在高壓和超高壓電網已有一些過電壓在線監測裝置投入運行，但目前對于過電壓信號的獲取大多數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，從電容式套管的末屏抽頭處獲取電壓信號的方法，實現對電網過電壓信號的實時采集。當電網電壓等級較低時，分壓器長期并聯于電網運行不會對系統產生太大影響。但是，當電壓等級較高時，在系統中安裝分壓器，額外增加了系統中一次設備投入。對系統的運行來說，既不經濟，也不安全。而且這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。對于特高壓電網來說，一次設備的運行安全極為重要，任何在一次設備上的新投入都會給特高壓電網的安全運行帶來潛在分享，因此特高壓電網的過電壓監測裝置不能沿用中壓和高壓電網的方式，而需要研制安全性和傳輸精度高的非接觸傳感技術，且要求傳感設備具有較低的成本和便于推廣，還要降低整個裝置的干擾，進一步增大頻寬，降低整個裝置的成本，減小響應時間。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種與一次設備完全隔離、安裝方便以及信號傳輸抗干擾能力強的一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器。本專利技術的目的是通過這樣的技術方案實現的，一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，包括電壓信號接收天線和電壓轉換傳輸模塊；所述電壓信號接收天線設有感應金屬板，所述感應金屬板通過電纜與電壓轉換傳輸模塊實現電連接；所述電壓轉換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內，所述電壓轉換傳輸模塊設有低壓分壓電容與電光轉換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應金屬板電連接，另一端接地，所述低壓分壓電容與感應金屬板之間的電壓信號輸出端與電光轉換單元的信號輸入端電連接。優選地，所述電光轉換單元沿同一光軸依次設置有第一光纖準直器、光學起偏器、1/4波片、上下側敷設有金屬電極的第一電光轉換晶體、1/2波片、上下側敷設有金屬電極的第二電光轉換晶體、光學檢偏器和第二光纖準直器，所述第一電光轉換晶體和/或第二電光轉換晶體的一側電極與低壓分壓電容和感應金屬板之間的電壓信號輸出端電連接，另一側通過金屬屏蔽外殼接地，所述第一光纖準直器通過光纖與激光源連接，所述第二光纖準直器通過光纖與電探測器連接。優選地，所述第一電光轉換晶體和第二電光轉換晶體均為LiNbO3晶體。由于采用了上述技術方案，本專利技術具有如下的優點：結構簡單，穩定性高，安裝方便，便于推廣和應用。通過雜散電容耦合效應實現輸電線路電壓的非接觸感應，對電網一次設備不存在安全隱患，感應信號穩定。利用電光效應實現電信號和光信號的有效轉換，使得信號傳輸過程中不受復雜電磁環境干擾。本裝置在監測現場無需電源供電，安全可靠，方便維護。本專利技術的其他優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。附圖說明本專利技術的附圖說明如下。圖1是本實施例的結構框圖；圖2是本實施例的電壓轉換傳輸模塊的結構框圖；圖3是本實施例的電光轉換模塊的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1-3所示，用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，包括電壓信號接收天線和電壓轉換傳輸模塊；所述電壓信號接收天線包括感應金屬板，所述感應金屬板材料為不銹鋼，耐腐蝕，可長期曝露與野外環境。感應金屬板可設置在待測輸電線路正下方，金屬板板面與輸電線路垂直正對，所述感應金屬板通過電纜與電壓轉換傳輸模塊實現電連接。所述電壓轉換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內，可架設于桿塔底部或變電站內，所述電壓轉換傳輸模塊包括低壓分壓電容與電光轉換單元，所述低壓分壓電容C2的一端與感應金屬板電連接，另一端接地，低壓分壓電容C2與感應金屬板之間的電壓信號輸出端與電光轉換單元的信號輸入端電連接。輸電線路與感應金屬板之間形成的雜散耦合電容C1和感應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轉換為感應金屬板上的低電壓信號進行測量。根據電路理論，感應金屬板對地分壓電容C2上的電壓u2(t)為：u2(t)=u1(t)C1+C2C1=Ku1(t)]]>式中，u1(t)為電網電壓，K為分壓比。由于雜散電容C1的大小與感應金屬板與架空輸電線路的距離、架空輸電線的直徑以及感應金屬板的幾何尺寸有關。而低壓分壓電容C2為固定值。因此一旦金屬板安裝位置，幾何尺寸以及低壓分壓電容確定，則分壓比K為常數，感應金屬板對地電壓與電網電壓成線性關系。進一步，所述電光轉換單元在光路上依次包括第一光纖準直器4、光學起偏器5、1/4波片6、上下側敷設金屬電極的第一LiNbO3晶體7、1/2波片8、上下側敷設金屬電極的第二LiNbO3晶體9、光學檢偏器10、第二光纖準直11，所述LiNbO3晶體的一側電極與低壓分壓電容C2和感應金屬板之間的電壓信號輸出端電連接，另一側通過金屬屏蔽外殼接地，第一光纖準直器4通過光纖與激光源1連接，第二光纖準直器11通過光纖與光電探測器2連接。激光源1與PD光電探測器2可設置在控制室內，激光源1發出的激光經通過保偏光纖長距離傳輸到電光轉換單元，激光經第一光纖準直器4準直后依次垂直射入光學起偏器5、1/4波片6、上下側敷設金屬電極的第一LiNbO3晶體7、1/2波片8、上下側敷設金屬電極的第二LiNbO3晶9、光學檢偏器10、第二光纖準直器11，實現電光調制。經電光調制后的激光通過模塊尾端光纖準直器11耦合進入多模光纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，其特征在于，包括電壓信號接收天線和電壓轉換傳輸模塊；所述電壓信號接收天線設有感應金屬板，所述感應金屬板通過電纜與電壓轉換傳輸模塊實現電連接；所述電壓轉換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內，所述電壓轉換傳輸模塊設有低壓分壓電容與電光轉換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應金屬板電連接，另一端接地，所述低壓分壓電容與感應金屬板之間的電壓信號輸出端與電光轉換單元的信號輸入端電連接。

【技術特征摘要】
1.一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，其特征在于，包括電壓
信號接收天線和電壓轉換傳輸模塊；
所述電壓信號接收天線設有感應金屬板，所述感應金屬板通過電纜與電壓轉換傳輸模
塊實現電連接；
所述電壓轉換傳輸模塊封裝于金屬屏蔽外殼內，所述電壓轉換傳輸模塊設有低壓分壓
電容與電光轉換單元，所述低壓分壓電容的一端與感應金屬板電連接，另一端接地，所述低
壓分壓電容與感應金屬板之間的電壓信號輸出端與電光轉換單元的信號輸入端電連接。
2.如權利要求1所述的一種用于電網過電壓多點監測的非接觸式光學電壓傳感器，其
特征在于，所述電光轉換單元沿同一光軸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：畢茂強，伏進，王謙，吳高林，李永福，楊慶，
申請(專利權)人：國網重慶市電力公司電力科學研究院，國家電網公司，重慶大學，
類型：發明
國別省市：重慶;85