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CN105425054A - 一种非接触式电位测量方法和装置 - Google Patents

一种非接触式电位测量方法和装置 Download PDF

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CN105425054A
CN105425054A CN201510991833.3A CN201510991833A CN105425054A CN 105425054 A CN105425054 A CN 105425054A CN 201510991833 A CN201510991833 A CN 201510991833A CN 105425054 A CN105425054 A CN 105425054A
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CN
China
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electric field
potential
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integral
measured
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CN201510991833.3A
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李松浓
周强
侯兴哲
周孔均
王毅
何国军
胡晓锐
宫林
郑可
梁星
何为
刘型志
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Chongqing University
Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Original Assignee
Chongqing University
Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

本申请公开了一种非接触式电位测量方法和装置，该方法包括：测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；将所述多个电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，求取得到所述积分近似值，其中求取得到所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值，从而解决了现有的电位测量装置在绝缘结构设计上投入成本巨大的问题。

Description

一种非接触式电位测量方法和装置
技术领域
本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及一种非接触式电位测量方法和装置。
背景技术
在电力系统中，对架空输电线路等带电导体的电位测量，一般是采用电压互感器，常用的电压互感器有电磁式电压互感器、电容式电压互感器等。由于电压互感器在使用时需要与高压端进行直接的电气连接，因此电压互感器设计的核心问题之一便是绝缘结构设计，其绝缘结构设计能否满足要求，对产品的安全运行至关重要，因此在电压互感器绝缘结构设计上往往需要投入巨大成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种非接触式电位测量方法和装置，以解决现有的电位测量装置在绝缘结构设计上投入成本巨大的问题。
一种非接触式电位测量方法，包括：
测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
将所述多个电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值。
其中，所述电位参考点为大地。
其中，所述测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，包括：测量等间隔的分布在积分路径上的多个电场强度值。
一种非接触式电位测量装置，包括多个电场传感器、信号调理电路、数据处理单元、绝缘支架和接地装置，其中：
所述多个电场传感器离散分布在积分路径上，用于测量其各自所处的空间位置的电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
所述信号调理电路连接在所述多个电场传感器与所述数据处理单元之间，用于将所述多个电场传感器的输出信号转换成所述数据处理单元能够识别的标准信号；
所述数据处理单元，用于将所述电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值；
所述绝缘支架用于固定所述多个电场传感器；
所述接地装置用于将所述绝缘支架接地。
其中，所述电位参考点为大地。
其中，所述多个电场传感器均匀分布在所述积分路径上。
从上述的技术方案可以看出，本发明利用高斯—勒让德求积公式来求取电场强度沿积分路径的积分近似值，求取得到的积分近似值即为待测电位的近似值。基于该电位测量方法设计开发的电位测量装置不需要接触电力系统的高压端即可完成电位测量工作，大大提高了测量时的安全性，因此其结缘结构设计也就相对简单，投入成本很低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明公开的一种非接触式电位测量方法流程图；
图2为本发明公开的一种电场积分原理示意图；
图3为本发明公开的一种非接触式电位测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种非接触式电位测量方法，以解决现有的电位测量装置在绝缘结构设计上投入成本巨大的问题，包括：
步骤101：测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
步骤102：将所述多个电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值。
本实施例基于空间电场积分原理测量导体电位，即通过电场强度与电位之间的梯度关系进行数值积分求解来得到电位待测点的电位值。下面进行举例说明：
如图2所示，在要求测量三相输电线路的三相线路电位的情景下，由于各相线路的电位测量方法是彼此相同的，因此本示例仅给出基于空间电场积分原理测量B相线路电位的原理分析，基于同一原理测量A相线路电位C相线路电位的原理同理可得，将不再赘述。
当以B相线路作为电位待测点时，可以在计算区域Ω中构建任意一条从电位待测点b(即B相线路)至电位参考点a的积分路径l(如图2中虚线所示)。根据电磁场理论，三相工频输电线路在忽略杆塔、线路长度远远大于线路导线直径的前提下，可等效为静电场进行分析计算，因此在积分路径l上任意两点b、a之间的电位差Vba与沿积分路径l分布的电场强度El之间存在关系：
式中，为电位参考点a的电位值。由式(1)可以看出，可以通过求取电场强度Ed沿积分路径l的积分的方式来求取B相线路电位
由于可以等效为静电场进行计算，其电场强度是无旋的，因此计算区域Ω内任意两点之间的电位差与积分路径无关，又由于积分路径选取有向直线段时积分计算最为简单，因此可以直接构造一条从电位待测点b至电位参考点a的直线段d来作为本示例计算时真正选用的积分路径。
在此基础上，又出于对电场强度测量时的方便性考虑，本示例在计算时设定空间坐标系的y轴平行于积分路径d，那么在积分路径d上任意两点b、a之间的电位差Vba与沿积分路径d分布的电场强度Ed之间存在关系：
式中，Ey为积分路径d上电场强度Ed的y方向分量。由式(2)可以看出，此时仅需测量沿积分路径d分布的电场强度的y方向分量即可，而无需测量沿积分路径分布的电场强度的x方向分量。
为进一步简化计算，还可以直接以大地作为电位参考点a，将代入式(2)得到以地电位作为参考电位时求解待测点电位的公式
但是，由式(1)、(2)或(3)可以看出，电场强度沿着积分路径的分布曲线为连续函数，在实际应用中不可能测量连续分布的电场强度值，不过却可以在积分路径的不同点上安装电场传感器(方向为y轴方向)来采集空间离散的电场强度值，最后通过数值积分的方法来求得待测电位的近似值。本实施例优选采用Gauss-Legendre求积公式，即高斯—勒让德求积公式来进行数值积分运算，但并不局限。
其中，由于有向直线段为距离最短的积分路径，因此可以节约电场传感器的使用数量；并且，由于空间坐标系的y轴平行于积分路径d时仅需测量电场强度的y方向的分量，因此又进一步节约了电场传感器的使用数量。需要安装的电场传感器的数量和位置根据具体测量环境而定，本实施例推荐采取各电场传感器等间隔分布策略，但并不局限。
上述内容便是对本实施例基于空间电场积分原理测量导体电位的原理分析，具体实现方式为利用高斯—勒让德求积公式来求取电场强度沿积分路径的积分近似值，求取得到的积分近似值即为待测电位的近似值。由于各电场传感器在采集空间离散的电场强度值时不接触电力系统的高压端，提高了测量时的安全性，基于本实施例的技术方案设计开发的电位测量装置的结缘结构设计成本很低。
此外，参见图3，本发明实施例还公开了一种非接触式电位测量装置，以解决现有的电位测量装置在绝缘结构设计上投入成本巨大的问题，包括电场传感器#1～#N(N≥2)、信号调理电路100、数据处理单元200、绝缘支架300、接地装置400，其中：
电场传感器#1～#N离散分布在积分路径上，用于测量其各自所处的空间位置的电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
信号调理电路100连接在电场传感器#1～#N与数据处理单元200之间，用于将电场传感器#1～#N的输出信号转换成数据处理单元200能够识别的标准信号；
数据处理单元200，用于将所述电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值；
绝缘支架300用于固定电场传感器#1～#N；
接地装置400用于将绝缘支架300接地。
其中，所述电位参考点为大地。
其中，电场传感器#1～#N均匀分布在所述积分路径上。
可选地，设定所述积分路径与空间坐标系的y轴平行，那么，仅在绝缘支架300上安装用于测量电场强度y轴分量的电场传感器即可，以节约电场传感器的投入成本。
综上所述，本发明利用高斯—勒让德求积公式来求取电场强度沿积分路径的积分近似值，求取得到的积分近似值即为待测电位的近似值。基于该电位测量方法设计开发的电位测量装置不需要接触电力系统的高压端即可完成电位测量工作，大大提高了测量时的安全性，因此其结缘结构设计也就相对简单，投入成本很低。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种非接触式电位测量方法，其特征在于，包括：
测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
将所述多个电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电位参考点为大地。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量离散分布在积分路径上的多个电场强度值，包括：测量等间隔的分布在积分路径上的多个电场强度值。
4.一种非接触式电位测量装置，其特征在于，包括多个电场传感器、信号调理电路、数据处理单元、绝缘支架和接地装置，其中：
所述多个电场传感器离散分布在积分路径上，用于测量其各自所处的空间位置的电场强度值，其中所述积分路径为从电位待测点指向电位参考点的直线段；
所述信号调理电路连接在所述多个电场传感器与所述数据处理单元之间，用于将所述多个电场传感器的输出信号转换成所述数据处理单元能够识别的标准信号；
所述数据处理单元，用于将所述电场强度值代入到用于求取电场强度沿所述积分路径的积分近似值的高斯—勒让德求积公式中，以求取得到所述积分近似值，其中求取得到的所述积分近似值即为所述电位待测点的电位近似值；
所述绝缘支架用于固定所述多个电场传感器；
所述接地装置用于将所述绝缘支架接地。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电位参考点为大地。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述多个电场传感器均匀分布在所述积分路径上。
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