[实用新型]光纤式电压测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电力测量技术领域，涉及一种用于电力电网系统中测量各种暂态电压的光纤式电压测量装置。

背景技术

电力系统中的多项系统调试试验几乎都离不开对电网电压的测量。随着各级电网建设尤其是超高压和特高压电网建设的发展，高电压测量工作量和难度也在增加，特别是电力系统中对各种暂态电压的测量更为困难。以往电力系统中常规的电压测量方法主要有两种，即采用电压互感器测量的方法和采用高压套管末屏测量的方法。电压互感器按其原理又有电磁式和电容式两种，采用电压互感器测量电压的方式一般只能用于稳态工频电压和电压变化较慢的暂态电压测量；而当测量电压暂态过程有较高频率时，则只能采用高压套管末屏的方法测量。此外在不具备以上两种电压测量方式的条件下，就需要安装独立的电压分压器进行电压测量。安装独立的分压器需根据测量电压的频率、幅值、持续时间等暂态特性选用合适的分压器。当测量较高电压时，现场临时安装独立分压器会受到场地空间、安全距离等条件的限制，此外安装难度和工作量都比较大。

现有技术中对于采用电容套管末屏和安装独立电容式(电容分压器使用较多)分压器的测量电压方式，需要根据一次电容量和测量设备的测量电压范围配置二次分压电容器，同时需用屏蔽电缆连接二次分压电容器和测量记录仪器，其中二次分压电容器特性、屏蔽电缆特性(对较高频率信号需加装匹配电阻)及屏蔽连接状况对测量影响较大，此外连接电缆的长度也不宜太长，否则会增加被测信号的衰减并致使其抗干扰性能的降低。

随着超高压和特高压输电线路建设进程的发展，对测量各种暂态电压的要求也越来越高。电力系统GIS(气体全封闭组合电器)设备隔离开关分合过程产生的快速暂态过电压(VFTO)上升沿可达3ns，暂态频率达到100MHz，显然，测量这种电压采用常规方式已不能满足测量要求。为此，近年来本领域已有人提出采用光纤传输测量方式即光电测量系统来测量电压。

光电测量系统是一种利用各种光电效应或光电通信方式进行的测量系统，在此系统中利用光纤传输线良好的绝缘性能，把被测量的高压设备与低压测量仪器进行电信号隔离，用以实现安全可靠的测量高压电特性参数。目前采用光纤传输测量电压的方式有两大类：一类是采用电光效应传感器构成的测量系统，应用较多的是采用泡克尔(Pockels)电光效应的测量系统，另一类是电容式场强探头(球形探头)构成的测量系统。采用泡克尔电光效应的测量系统的统特性主要取决于电光转换晶体的特性，这种晶体的转换特性受温度的影响较大，准确测量需较为精确的温度补偿，整个测量系统分光电部分和记录测量部分，其中光电部分较为复杂。电容式场强探头构成的电压测量系统的测量原理是在被测量电场中放置一对金属极板(一般为球形极板)，极板平面与电场方向垂直，此对极板构成一个电容场强探头，由极板间距离及测量极板间的电压得出电场强度。用场强方法测量电压，需用带电体的电压与被测点电场强度的关系进行计算得出被测带电体的电压，但目前这种电压测量系统在最大测量场强和测量距离的参数都不高，不能用于更高电场强度的测量，同时系统结构也较为复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的问题加以解决，提供一种设计方案合理、结构简单、测量精确度和稳定性好且易于实施应用的光纤式电压测量装置。

为实现上述发明目的，本实用新型设计者研发了一种采用电容式探头直接测量代电体表面电场强度进而测量高压导体(高压导线)电压的光纤式电压测量方法，该测量方法包括下述的实施步骤：在被测高压导体表面放置一个金属感应极板，利用该感应极板分别与被测高压导体和地面构成的电容C2和C1组成一个电容分压器(参见附图1)，由于电容C2上的电压正比于高压导体对地的电压，在测得电容分压器的分压比和电容C2上的电压值后，根据电容分压比值和C2的电压值换算获得被测高压导体对地电压值。实际工作中，可由标准分压器校准测得电容分压器的分压比K，并由与金属感应极板联接的放置在高电位的数据采集器采集到电容C2上的电压信号，继而再依次通过与数据采集器联通的电光变换器(光发射机)、光纤和光电变换器(光接收机)将电容C2上的电压信号送入计算机系统处理记录并显示电压数据，最后根据电容分压器的分压比值和C2的电压值换算获得被测高压导体对地电压值。