[发明专利]基于电光效应的非接触式过电压传感器

说明书

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。基于于电致伸缩原理的OVS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、和低压臂模块，所述感应金属板用于设置在架空输电线路下，低压臂模块设置于感应金属板与地之间，低压臂模块由电容C₂及其外围电路组成，低压臂模块的电容C₂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。