一种双差分式D-dot过电压传感器及测量系统技术方案

本发明专利技术是关于一种双差分式D‑dot过电压传感器及测量系统，双差分式D‑dot过电压传感器包括第一单极D‑dot传感器和第二单极D‑dot传感器，且第一单极D‑dot传感器和第二单极D‑dot传感器上下对称设置；第一单极D‑dot传感器和第二单极D‑dot传感器均包括金属半球壳本体，金属半球壳本体的外表面设置外层电极，金属半球壳本体的内表面设置内层电极，且外层电极和内层电极通过绝缘填充物连接。双差分式D‑dot过电压传感器的外层电极和内层电极依靠电场耦合感应出电荷，输出差分电压信号，实现测量系统的非接触测量，提高了测量的响应速度、抗干扰能力和灵敏度。过电压测量系统将双差分式D‑dot过电压传感器输出的差分电压信号进行处理，自动识别过电压信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能电网过电压监测
，尤其涉及一种双差分式D-dot过电压传感器及测量系统。
技术介绍
过电压是指电力系统在特定条件下所出现的对绝缘有危险的电压升高和电位升高的现象，其属于电力系统中的一种电磁扰动现象，包括外过电压和内过电压。外过电压包括雷电过电压和大气过电压，外过电压会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障，还将以流动波形式沿线路传播，侵入变电所引起绝缘破坏事故；内过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压，包括暂态过电压和操作过电压。过电压会造成电力设备击穿、放电、闪络、爆炸等一系列事故。过电压信号的获取主要通过传感器来实现，目前主要为非接触式电容分压传感器，如图1所示，工作原理如下：电容分压式传感器利用输电线路与传感器感应金属板之间耦合而成的杂散电容C1作为高压臂电容，在感应金属板正下方连接一个电容为C2的定值电容器作为低压臂电容，过电压信号从感应金属板经过匹配电阻引出，通过同轴电缆传输到外部的数据采集系统，整个传感器安装在金属屏蔽壳内，屏蔽其他非测量项的干扰。但是，目前传感器采集到的过电压信号容易受到复杂电磁环境的影响，抗干扰能力较低，传感器灵敏度较低，造成测量精度较低，而且经常捕捉不到过电压信号。
技术实现思路
为克服相关技术中存在过电压传感器抗干扰能力较低、灵敏度较低，而且经常捕捉不到过电压信号的问题，本专利技术提供一种双差分式D-dot过电压传感器及测量系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供的双差分式D-dot过电压传感器包括第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器，其中，所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器上下对称设置；所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器均包括金属半球壳本体，所述金属半球壳本体的外表面设置外层电极，所述金属半球壳本体的内表面设置内层电极；所述外层电极和内层电极之间设置绝缘填充物，且所述外层电极和内层电极通过所述绝缘填充物连接。优选地，上述双差分式D-dot过电压传感器中，所述外层电极和内层电极均为半球壳状PCB板。优选地，上述双差分式D-dot过电压传感器中，所述绝缘填充物包括环氧树脂。优选地，上述双差分式D-dot过电压传感器中，所述外层电极和内层电极的同一端分别设置输出端。本专利技术提供的一种双差分式D-dot过电压传感器包括第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器，其中，所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器上下对称设置；所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器均包括金属半球壳本体，所述金属本球壳本体的外表面设置外层电极，所述金属半球壳本体的内表面设置内层电极；所述外层电极和内层电极之间设置绝缘填充物，且所述外层电极和内层电极通过所述绝缘填充物连接。将本专利技术提供的双差分式D-dot过电压传感器放置在电场内采集电压信号，实现非接触测量；绝缘填充物对整个传感器内部结构起到支撑作用的同时也起到调节传感器周围电场的作用，提高整个传感器的绝缘能力；D-dot传感器具有较大的测量带宽；采用上下对称设置的第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器，分别采集不同位置的电位信号，输出不同的电压信号，提高传感器的测量精度、灵敏度。基于本专利技术提供的双差分式D-dot过电压传感器，本专利技术还提供了一种过电压测量系统。本专利技术提供的过电压测量系统包括双差分式D-dot过电压传感器、放大电路、信号调理电路、高速采集电路和过电压自识别模块，其中，所述双差分式D-dot过电压传感器的输出端电连接所述放大电路的输入端；所述放大电路的输出端电连接所述信号调理电路的输入端；所述信号调理电路的输出端电连接所述高速采集电路的输入端；所述高速采集电路的输出端电连接所述过电压自识别模块。优选地，上述过电压测量系统中，所述放大电路为两级差分放大电路。优选地，上述过电压测量系统中，所述信号调理电路包括滤波电路。本专利技术提供的过电压测量系统包括双差分式D-dot过电压传感器、放大电路、信号调理电路、高速采集电路和过电压自识别模块，其中，双差分式D-dot过电压传感器、放大电路、信号调理电路、高速采集电路和过电压自识别模块依次串联电连接。双差分式D-dot过电压传感器采集不同电场位置的电位信号，输出差分电压；放大电路将输出的电压信号进行放大处理；信号调理电路对放大信号进一步处理，去除干扰信号；高速采集电路将模拟信号转换成数字信号，便于比较识别；过电压自识别模块通过比较识别过电压信号。本专利技术提供的过电压测量系统通过一系列电路处理自动识别过电压信号，具有很宽的测量带宽，抗干扰能力强，灵敏度高。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术提供的一种非接触式电容分压传感器的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种单极D-dot传感器的结构示意图；图3为本专利技术提供的一种双差分式D-dot过电压传感器的结构示意图；图4为本专利技术提供的一种过电压测量系统的结构示意图；图1-图4符号表示：01-上层电极，02-下层电极，1-第一单极D-dot传感器，11-外层电极，12-内层电极，13-绝缘填充物，2-第二单极D-dot传感器，3-放大电路，4-信号调理电路，5-高速采集电路，6-过电压自识别模块。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。单极D-dot传感器是通过测量电位移矢量的变化率来实现对雷电冲击电压信号的测量，当雷电击在被测导线上或导线附近地面时，传感器的上层电极01和下层电极02会通过电场耦合感应出电荷，当变化的感应电荷流过与电极相连接的测量电阻Rm时产生电阻压降，此时将测得的上层电极01和下层电极02的悬浮电位之差作为传感器的差分输出，其上层电极01、下层电极02测量电场等效原理如图2所示：将单极D-dot传感器置于电场强度为E(r,t)的空间中，金属电极表面由于静电感应原理将会出现感应电荷，其大小为q,由高斯定理得：上式中，等式右边表示电场强度E(r,t)在导体表面各微元上产生电荷的线性叠加，因此感应电荷与电场强度E(r,t)成正比关系。若电场随着时间变化，感应电荷也会相应随着时间变化，式（1）变为：变化的电荷产生的电流将流过电阻Rm，则电阻Rm上压降Vo(t)为：由上式可以看出，D-dot传感器的输出电压信号Vo(t)与电场强度的微分量成正比关系。导体外表面电势按函数f(r′)分布，r′是导体源点处的位置矢量，r是场点处位置矢量，E(r)为该点处电场强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双差分式D‑dot过电压传感器，其特征在于，包括第一单极D‑dot传感器(1)和第二单极D‑dot传感器(2)，其中：所述第一单极D‑dot传感器(1)和第二单极D‑dot传感器(2)上下对称设置；所述第一单极D‑dot传感器(1)和第二单极D‑dot传感器(2)均包括金属半球壳本体，所述金属半球壳本体的外表面设置外层电极(11)，所述金属半球壳本体的内表面设置内层电极(12)；所述外层电极(11)和内层电极(12)之间设置绝缘填充物(13)，且所述外层电极(11)和内层电极(12)通过所述绝缘填充物(13)连接。

【技术特征摘要】
1.一种双差分式D-dot过电压传感器，其特征在于，包括第一单极D-dot传感器(1)和第二单极D-dot传感器(2)，其中：所述第一单极D-dot传感器(1)和第二单极D-dot传感器(2)上下对称设置；所述第一单极D-dot传感器(1)和第二单极D-dot传感器(2)均包括金属半球壳本体，所述金属半球壳本体的外表面设置外层电极(11)，所述金属半球壳本体的内表面设置内层电极(12)；所述外层电极(11)和内层电极(12)之间设置绝缘填充物(13)，且所述外层电极(11)和内层电极(12)通过所述绝缘填充物(13)连接。2.根据权利要求1所述的双差分式D-dot过电压传感器，其特征在于，所述外层电极(11)和内层电极(12)均为半球壳状PCB板。3.根据权利要求1所述的双差分式D-dot过电压传感器，其特征在于，所述绝缘填充物(13)包括环氧树脂。4.根据权利要求2所述的双差分式D-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志，覃日升，郭成，周鑫，张丽，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53