一种输电线路下工频电场强度测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种输电线路下工频电场强度测量系统，包括球形电容传感器，所述球形电容传感器的两极分别与前置差分放大电路的两个输入端对应连接，前置差分放大电路的输出端与可控增益放大电路的输入端连接；所述可控增益放大电路的输出端与单片机连接，单片机与显示单元相连接。本发明专利技术结构简单、成本低，能对工频电场进行有效的测量，并给予直观的数值显示，及时反映出当时当下的电场强度，提醒作业人员及时撤离电场强度超标等不适合进行长时间作业的区域，让作业人员做到防患于未然，保证人身安全和电力系统的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种输电线路下工频电场强度测量系统
本专利技术属于输变电工程工频电场强度测量
，具体涉及一种输电线路下工频电场强度测量系统。
技术介绍
由于高压输电线路附近存在工频电场，工频电场会在其中的导体上感应危险电压，当人接触这些导体时，就会形成瞬间的冲击电流并流过人体某一部位引起电击。由于导线覆盖范围广，有很大的对地电容，且能够聚集起足够大的能量并对人体造成致命的伤害，近年随着电压等级的不断攀升，静电感应现象变得越来越突出。随着计算机技术的发展，目前国内外学者通过计算机，采用模拟电荷法、边界元法、及有限差分法等数值计算方法来计算高压电场问题。但是很多电力设备由于结构比较复杂，并且可能存在表面电晕、表面污秽、预放电过程等相对复杂的问题，使得其周围空间的电场分布难以通过计算机仿真计算得到，或者由于计算机仿真时间过长使计算出来的电场值无法满足实时性的需要；同时，一些电力设备数学模型的电场仿真结果也需要通过实际测量来验证。因此，通过直接测量工频电场获得直观准确的数据是解决问题的唯一有效手段。目前国内常用的工频电场测量仪器主要以中高端进口产品为主，国产的低端测量仪器仍存在一些缺点，例如响应速度慢、测量精度过低、设备不易携带、难于推广等，因此亟需一种体积小、便于携带、价格适中，并能有效地监测高压输电线路及电力设备附近的工频电场的电场测量预警仪。
技术实现思路
针对现有的工频电场测量装备复杂、测量精度低的问题，本专利技术提出了一种输电线路下工频电场强度测量系统，利用球形电容传感器在交变电场的作用下，其金属电极表面会感应出与待测电场同频率变化的感应电荷，对感应电荷进行相应的处理，可以得到与待测电场中成比例关系的电场测量信号，根据相应的数学关系即可计算出待测点的电场强度，从而实现了输电线路周围的电场强度测量。为解决以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种输电线路下工频电场强度测量系统，包括球形电容传感器，所述球形电容传感器的两极分别与前置差分放大电路的两个输入端对应连接，前置差分放大电路的输出端与可控增益放大电路的输入端连接；所述可控增益放大电路的输出端与单片机连接，单片机与显示单元相连接。所述前置差分放大电路包括差分放大器U4，差分放大器U4的正相输入端和反相输入端分别和球形电容传感器的两极对应连接，差分放大器U4的第4管脚通过第一滤波电路与第一电源连接，差分放大器U4的第5管脚接地，差分放大器U4的第1管脚和第8管脚通过增益电阻R38连接，差分放大器U4的第7管脚通过第二滤波电路与第二电源连接，差分放大器U4的输出端与可控增益放大电路的输入端连接。所述第一滤波电路包括电阻R39、电解电容C29和电容C24，电阻R39的一端与第一电源相连接，电阻R39的另一端与差分放大器U4的第4管脚和电解电容C29的负极相连，电解电容C29的正极接地；所述电容C24与电解电容C29并联。所述第二滤波电路包括电阻R10、电解电容C19和电容C37，电阻R10的一端与第二电源相连接，电阻R10的另一端与差分放大器U4的第7管脚和电解电容C19的正极相连，电解电容C19的负极接地；所述电容C37与电解电容C19并联。所述可控增益放大电路包括运算放大器U7和多路复用器U8，多路复用器U8的第2、第15、第10、第7管脚和运算放大器U7的反相输入端均与前置差分放大电路的输出端连接，多路复用器U8的第13管脚与第四电源连接，多路复用器U8的第4管脚与第三电源连接，多路复用器U8的第5管脚接地，多路复用器U8的第1、第16、第9和第8管脚分别与单片机的输入信号控制端连接；所述运算放大器U7的第7管脚与第四电源连接，运算放大器U7的第4管脚与第三电源连接，运算放大器U7的第3管脚接地，运算放大器U7的输出端分别通过电阻R9、电阻R23、电阻R27和电阻R32与多路复用器U8的第3、第14、第11和第6管脚对应连接。所述第三电源分别与电容C63的一端和电解电容C65的负极连接，电容C63的另一端和电解电容C65的正极接地；第四电源分别与电容C48的一端和电解电容C58的正极连接，电容C48的另一端和电解电容C58的负极接地。所述球形电容传感器包括弧形上极板、弧形下极板和电容CM，弧形上极板和弧形下极板的两端通过绝缘物质对应连接组成球筒，电容CM的两端分别与弧形上极板和弧形下极板连接，且电容CM的两端与前置差分放大电路的正相输入端和反相输入端对应连接。本专利技术的有益效果：本专利技术结构简单、成本低，球形电容传感器将交变电场转化为等比例的可测量的电压量，为了将球形电容传感器所取得的微弱的有用信号从繁杂的干扰信号中提取出来，前置差分放大电路对信号进行前置放大，最大程度地抑制共模干扰，再通过可控增益放大电路对信号进行调节，使本专利技术可以检测绝大部分电压等级的输电线路，最后由单片机对可控增益放大电路的输出信号进行处理，并在显示单元中将结果显示出来。本专利技术能对工频电场进行有效的测量，并给予直观的数值显示，及时反映出当时当下的电场强度，提醒作业人员及时撤离电场强度超标等不适合进行长时间作业的区域，让作业人员做到防患于未然，保证人身安全和电力系统的正常运行。附图说明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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图。图2为球形电容传感器的结构示意图。图3为前置差分放大电路的示意图。图4为可控增益放大电路的示意图。图中，1为球形电容传感器，1-1为弧形上极板，1-2为弧形下极板，2为前置差分放大电路，3为可控增益放大电路，4为单片机，5为显示单元。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种输电线路下工频电场强度测量系统，如图1所示，包括球形电容传感器1，所述球形电容传感器1的两极分别与前置差分放大电路2的两个输入端对应连接，前置差分放大电路2的输出端与可控增益放大电路3的输入端连接；所述可控增益放大电路3的输出端通过单片机4与显示单元5相连接。球形电容传感器具有信噪比高，对表面电荷与电场强度关系计算精准、畸变小的优点；前置差分放大电路可以对球形电容传感器的输出信号以固定的增益进行放大，使有用信号得到了有效的放大而共模干扰信号得到了最大限度的抑制，减少了干扰信号给测量结果带来的误差，防止球形电容传感器的微弱信号被噪声淹没，确保信号的精确提取；可控增益放大电路对前置差分放大电路的输出信号进行调节，使系统具有较宽的幅值响应范围，以实现不同输电线路的电压等级、不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种输电线路下工频电场强度测量系统，包括球形电容传感器(1)，其特征在于，所述球形电容传感器(1)的两极分别与前置差分放大电路(2)的两个输入端对应连接，前置差分放大电路(2)的输出端与可控增益放大电路(3)的输入端连接；所述可控增益放大电路(3)的输出端与单片机(4)连接，单片机与显示单元相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种输电线路下工频电场强度测量系统，包括球形电容传感器(1)，其特征在于，所述球形电容传感器(1)的两极分别与前置差分放大电路(2)的两个输入端对应连接，前置差分放大电路(2)的输出端与可控增益放大电路(3)的输入端连接；所述可控增益放大电路(3)的输出端与单片机(4)连接，单片机与显示单元相连接。


2.根据权利要求1所述的输电线路下工频电场强度测量系统，其特征在于，所述前置差分放大电路(2)包括差分放大器U4，差分放大器U4的正相输入端和反相输入端分别和球形电容传感器(1)的两极对应连接，差分放大器U4的第4管脚通过第一滤波电路与第一电源连接，差分放大器U4的第5管脚接地，差分放大器U4的第1管脚和第8管脚通过增益电阻R38连接，差分放大器U4的第7管脚通过第二滤波电路与第二电源连接，差分放大器U4的输出端与可控增益放大电路(3)的输入端连接。


3.根据权利要求2所述的输电线路下工频电场强度测量系统，其特征在于，所述第一滤波电路包括电阻R39、电解电容C29和电容C24，电阻R39的一端与第一电源相连接，电阻R39的另一端与差分放大器U4的第4管脚和电解电容C29的负极相连，电解电容C29的正极接地；所述电容C24与电解电容C29并联。


4.根据权利要求2所述的输电线路下工频电场强度测量系统，其特征在于，所述第二滤波电路包括电阻R10、电解电容C19和电容C37，电阻R10的一端与第二电源相连接，电阻R10的另一端与差分放大器U4的第7管脚和电解电容C19的正极相连，电解电容C19的负极接地；所述电容C37与电解电容C19并联。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦辉，陈鹏，杜立江，张烜，邵震，袁克跃，李红玺，袁国超，肖欢，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司濮阳供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41