[发明专利]用于输变电工程瞬态电场测量的非接触式电场传感器设备

说明书

本发明公开了一种用于输变电工程瞬态电场测量的非接触式电场传感器设备，所述电场传感器设备包括：第一金属极板、第二金属极板以及依次连接的入射准直器、起偏器、波片、电光晶体、检偏器和出射准直器；其中，所述电光晶体y切z传使用，被测电场作用在所述电光晶体的y轴方向，激光信号作用在所述电光晶体的z轴方向，x轴方向均垂直于所述y轴方向和z轴方向；所述第一金属极板和第二金属极板分别位于所述电光晶体y轴方向的两侧。本发明在电光晶体的两侧增加了第一金属极板和第二金属极板，提高了测量电场的测量灵敏度，同时降低了其他方向电场对测量结果的影响，抑制了非测量方向电场对电光晶体折射率的影响作用，增大了测量信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及电场测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于输变电工程瞬态电场测量的非接触式电场传感器设备、测量装置及方法。

背景技术

输变电工程中，由于开关操作、雷击事故等造成的暂态过电压对电力系统的正常运行具有较大威胁，因此暂态过电压监测对输变电工程的安全稳定运行具有重要意义。传统测量方法主要有两种，一种为借助现有工频测量设备，如变压器侧安装的电磁式电压互感器及线路侧安装的电容式电压互感器等，由于这些设备是针对工频电压测量设计的，在测量具有较高频率的暂态过电压时存在失真问题；二是加装临时性测量装置，如在套管末屏安装分压器，其具有较好的频响特性，但安装涉及变电站一次设备，实际中受各种条件限制，难以推广应用。

利用线性电光效应的光学电场传感器具有非接触式的特点，安装方便，同时具备带宽高、频响好、不失真的优点，可用于输变电工程的暂态电压监测，其中采用共路干涉法的光学电场传感器具有较好的应用前景。原理为对于一些各向异性的电光晶体，在外加电场作用下，其不同方向的折射率不同，即不同振动方向的光束传播速度不同，这就使得不同振动方向的光束通过一定长度晶体后，之间产生相位差，并且与外加电场强度成正比，通过正交偏振器可以将电场导致的相位差转换为光功率的变化值，从而得到电场强度，如图1所示。

将激光光束从光纤引导至开放空间、从开放空间耦合进入光纤时，为保证光路耦合效率在可接受范围内，需要使用准直器；由于光纤芯径较小(μm量级)，准直器一般需要使用具有多自由度的调整架精密对准，单独配置的调整架尺寸较大，且为金属材质，一方面会增加传感器的尺寸，另一方面会使得传感器附近电场发生畸变，影响测量精度。如何在保证准直器精密对准的同时，缩小传感器尺寸、保证测量精度，是一个待解决的问题。

由于铌酸锂电光晶体自身的相对介电常数较大，与传感器腔体、空气相比分压较小，导致晶体两端电位差幅值较小，传感器灵敏度较低，如图2所示。此外，由于输电线路三相电压之间的耦合作用，一相传感器测量得到的电场强度实际上是三相电压共同作用的合成电场，如何在测量时尽可能的消除其他两相的耦合干扰，同时增强传感器的灵敏度，是一个尚未解决的问题。

发明内容

本发明提出一种用于输变电工程瞬态电场测量的非接触式电场传感器设备、测量装置及方法，以解决如何准确地对电场进行测量的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于输变电工程瞬态电场测量的非接触式电场传感器设备，所述电场传感器设备包括：第一金属极板、第二金属极板以及依次连接的入射准直器、起偏器、波片、电光晶体、检偏器和出射准直器；

其中，所述电光晶体y切z传使用，被测电场作用在所述电光晶体的y轴方向，激光信号作用在所述电光晶体的z轴方向，x轴方向均垂直于所述y轴方向和z轴方向；所述第一金属极板和第二金属极板分别位于所述电光晶体y轴方向的两侧。

优选地，其中所述设备还包括：非金属材质腔体，所述第一金属极板、第二金属极板以及依次连接的入射准直器、起偏器、波片、电光晶体、检偏器和出射准直器均置于所述腔体内。

优选地，其中所述腔体上设置有非金属材质的第一准直器调整结构和第二准直器调整结构；