[发明专利]一种光纤工频高压电场测量探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤工频高压电场测量探头，属于配电网技术领域。

背景技术

电力系统中精确地测量电力设备周围空间电场及变化，对电力设备的设计制造和安全运行有重要的意义，比如高压电力设备的绝缘结构优化，高压设备及电力系统的运行状态监测等；并且，随着电压等级的提高，不仅输变电设备本身的电场分布成为研究的热点，电力系统电磁兼容问题也引起人们重视，对其进行研究也需要电场检测。除电力系统电磁兼容问题外，很多其它领域也存在电磁兼容问题，都需要工频电场的检测作为其实验支持。

现有的检测技术主要有光学原理和电学原理电场测量法。光学原理测量法具有绝缘性能好、响应速度快、安全性高、体积小以及重量轻等优点，但是这类电场传感器往往价格昂贵，在现在应用时，还有许多问题需要克服，比如，由于电光效应本身具有温度相关性，因此基于电光效应的电场测量方法一般存在温度漂移的问题；当电光晶体在感应静态或极低频电场时，经体内将产生电荷漂移和电场分布的改变，导致输入传感信号不稳定的问题；被测电场内空间自由电荷的存在及在传感晶体表面的积聚，也会影响晶体内电场分布。

目前利用电学原理进行工频电场检测的方法主要是电荷感应法，其基本原理是：处于电场中的导体传感器表面会产生感应电荷，针对测量不同频率电场的需要，设计相应的传感器结构和取样电路，将感应电荷转换为与待测电场强度有一定对应关系的电流或电压信号，再对信号进行分析从而获得电场强度。自上世纪70年代初，国内外对电荷感应式电场传感器的研究便已兴起。德国斯图加特大学在1984年，对原有的球型传感器进行改进，设计了以光纤进行数据传输并隔离高压的二维球型电场仪，其探头直径均为4cm，最大可测场强为10kV/cm，最小可测场强为0.5kV/cm，测量带宽达10MHz；美国国家标准局分析了一维球型传感器在均匀电场和非均匀电场中测量的原理和误差，并通过实测证明，平形板结构、盒形的电场仪的测量精度与球型十分接近，能满足工频电场测量的一般要求。目前国内常用于测量电磁场的PMM8053A电磁场测量仪，其EHP-50C探头在50Hz、1kV/m时的相对误差为±0.5dB，具有很高的准确度。国内研究从上世纪80年代逐步开始，西安交通大学在1985年设计的2.5cm直径的球型电场仪，在0.11～10kV/cm的测场强范围内，误差不超过2%，2002年又进一步设计了二维电场测量仪；华北电力大学在1993年、1995年也进行了类似的研究，2004年研制的直径为6.25cm 的球型电场仪，可测场强范围进一步提高到10～100kV/m。还有许多单位如复旦大学、水电部电科院、中国计量科学研究院等也从事了相关研究，积累了丰富的经验和知识。

然而，已有的产品多用于高频模拟信号的测量，抗干扰性能差，价格昂贵，难于推广使用，因此研究成本较低、方便操作、安全可靠的数字化工频电场测量装置，可以帮助电力部门即时监测高压变电站、输电线路周围以及开关柜内部的电场分布情况，提高电力生产的安全系数具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光纤工频高压电场测量探头，具有制造成本低、操作方便、抗干扰能力强和使用灵活等优点。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种光纤工频高压电场测量探头，其特征是，包括测量电极、依次连接的信号预处理模块、A/D转换和数据处理模块、发射模块和光纤；所述测量电极包括PCB板和两个铜半球壳；所述PCB板设置在两个铜半球壳之间；所述信号预处理模块包括依次连接的取样电路模块、前置放大电路模块、滤波电路模块和有效值转换电路模块；所述A/D转换和数据处理模块包括依次连接的A/D转换模块和数据处理模块；所述有效值转换电路模块与A/D转换模块相连接，数据处理模块与发射模块相连接；所述信号预处理模块、A/D转换和数据处理模块和发射模块均设置在PCB板上。

前述的一种光纤工频高压电场测量探头，其特征是，还包括电源模块、复位开关和充电接口；所述电源模块分别向号预处理模块、A/D转换和数据处理模块和发射模块供电。

前述的一种光纤工频高压电场测量探头，其特征是，所述前置放大电路模块和滤波电路模块组成巴特沃思二阶有源带通滤波电路。