CN111025006B - 非接触式电压探测及相位识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式电压探测及相位识别装置，属于电力工程带电检测及监测技术领域。该装置包括传感器检测装置、支架、检测仪和手持杆；检测仪位于传感器检测装置的正下方，通过支架与传感器检测装置相连；检测仪上设有包括LED指示灯、显示屏、开关、仪器壳体、激光发射接收器、声音报警器和控制电路；手持杆的顶端与检测仪的底部固定连接；手持杆外面套有绝缘橡胶。本发明采用非接触式测量，能够计算出检修线路的电压，并判断各相输电线路的带电情况，并给出声光报警提示。该装置具有验电可靠、操作安全等优点。

Description

非接触式电压探测及相位识别装置

技术领域

本发明属于电力工程带电检测及监测技术领域，具体涉及一种非接触式电压探测及相位识别装置。

背景技术

电力系统中广泛运用各种高压设备，尤其对于高压设备是否带电直接影响操作人员的人身安全，为了防止操作人员误操作而引起一系列的安全问题，电力系统严格要求准确检测高压带电情况，高压验电器对于电力行业的安全生产起着极为重要的作用。

普通高压验电器只用于警示，提醒检修人员设备带电。普通高压验电器使用方便，只需手握验电器手柄，用验电器触头触及高压设备带电部分即可。市面上现有的接触式高压验电器，由于验电器与高压线路直接接触，可能由于验电器的绝缘老化、元件短路等原因，对检修人员的生命安全造成威胁。

电压测量类验电器可以测量高压设备所带电压高低，在查找故障，检测设备运行状况时经常用到。但目前的电压测量类验电器使用时需要连接接地线，不如高压指示类验电器使用方便。另一类电压测量类验电器不用连接接地线，但使用中必须触及低压电极，不安全。这类验电器不符合行业工作安全规程。此外，无论当前现有的接触式或者非接触式验电器，都不能对相位进行识别，因此如何克服现有技术的不足是目前电力工程带电检测及监测技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种非接触式电压探测及相位识别装置，该装置解决了接触式验电器对于检修人员安全威胁，采用电场感应原理，不接触高压线路且远距离检测线路是否带电，并且能够识别相位；同时解决了现有高压验电器对于不同电压等级线路验电采用与之额定电压对应规格验电器的造成不方便的问题，易于推广应用。

非接触式电压探测及相位识别装置，包括传感器检测装置、支架、检测仪和手持杆；

检测仪位于传感器检测装置的正下方，通过支架与传感器检测装置相连；

所述的传感器检测装置包括装置壳体，和设于装置壳体内部的多个电场感应传感器；检测仪上包括LED指示灯、显示屏、开关、仪器壳体、激光发射接收器、声音报警器和控制电路；

LED指示灯、显示屏、转换开关、激光发射接收器、声音报警器均安装在仪器壳体上，控制电路位于仪器壳体内部；

手持杆的顶端与检测仪的底部固定连接，且手持杆上设有电池仓，电池仓安装有电池，所述的电池用于对检测仪供给电能；手持杆外面套有绝缘橡胶。

进一步，优选的是，LED指示灯、显示屏、开关均安装于仪器壳体的上表面；激光发射接收器、声音报警器安装于仪器壳体的下表面。

进一步，优选的是，所述的电池为V锂电池。

进一步，优选的是，所述的控制电路包括电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路、双向开关、A/D模块、自检电路、报警电路、电压相位显示电路和单片机；

电磁场传感器与电压档位电路的输入端相连；

电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路顺序连接；

电压提升电路通过双向开关分别与自检电路、A/D模块相连；

A/D模块还分别与单片机、激光发射接收器相连；

自检电路的输出端与报警电路的输入端相连；

单片机分别与报警电路的输入端、电压相位显示电路的输入端相连；

报警电路的输出端分别与声音报警器、LED指示灯相连；

电压相位显示电路的输出端与显示屏相连；

电池与单片机相连。

进一步，优选的是，所述的声音报警器为蜂鸣器。

进一步，优选的是，电场感应传感器有5个，且均匀布设。

本发明通过调节开关可以选择自检模式和验电模式，提高验电可靠性。

本发明装置测量时能够同时在输电线下方测量五次，取五次平均值进行比较，根据测量的结果，由单片机自行判断输电线路各相带电情况。

本发明装置内部含有五个传感器，可同时测量输电线下路的某一位置的电压值，可最大限度的记录位置与电压值相对应数据。

本发明装置上设有激光发射接收器，并将测试距离量显示到显示屏上。

本发明装置判断各相输电线路的原理是：先利用MATLAB软件对全部带电、两相导通、一相导通等七种情况做仿真分析得到波形，并根据此波形按照比值规则生成编码表。编码表的生成规则为，在输电线路下方平均取二十五个点，每五个点取平均值记为①、②、③、④、⑤，若①/②≥1，则记为1，①/②<1，则记为0，以此类推，依次进行比值判断生成四位二进制编码，将中线输电线下方的电压记为V₀，将测量的的最大值记为V_max，若V₀/V_max≥0.8，则记为1，若V₀/V_max<0.8，则记为0，作为特殊位。根据激光测试距离保持测量点在同一高度，在输电线路下方测量电压值，若是生成的编码值与系统预存的编码值相同，则可判断出各相线路的带电情况。具体如表1所示。

表1

本发明所述的自检功能，以检测测试仪各分支电路是否正常工作，其自检操作过程：将转换开关拨至“TEST”档，声音报警器应该鸣叫，并且LED发光二极管指示灯应该亮起，表示本发明装置正在运行。如果鸣叫声很低，LED指示灯灰暗，则可能是蓄电池电量不足。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明装置与现有高压验电器相比较，本发明采用非接触式验电，可以估算出线路电压值大小，并判断各相的带电情况，线路验电更加安全、可靠。和传统验电器不同，它在检测过程中不需要和高压输电线路接触就可以判断输电线路是否带电，可以直观显示测试结果，不接地线，无需测量线路高度，不考虑测试线路弧垂影响，能够提供不同测量电压档位，使用时比传统验电器更加方便。

附图说明

图1是本发明非接触式电压探测及相位识别装置的结构示意图；

图2是控制电路的示意图；

图3是ABC三相全部带电仿真图；

图4是两相通电一相带电仿真图；

图5是一相通电两相带电仿真图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1～图2所示，非接触式电压探测及相位识别装置，包括传感器检测装置1、支架2、检测仪9和手持杆5；

检测仪9位于传感器检测装置1的正下方，通过支架2与传感器检测装置1相连；

所述的传感器检测装置1包括装置壳体10，和设于装置壳体10内部的多个电场感应传感器11，优选为5个，且均匀布设，用于空间定位；检测仪9上包括LED指示灯3、显示屏4、开关6、仪器壳体7、激光发射接收器8、声音报警器12和控制电路；

LED指示灯3、显示屏4、转换开关6、激光发射接收器8、声音报警器12均安装在仪器壳体7上，控制电路位于仪器壳体7内部；

手持杆5的顶端与检测仪9的底部固定连接，且手持杆5上设有电池仓13，电池仓13安装有电池，所述的电池用于对检测仪9供给电能；手持杆5外面套有绝缘橡胶。

LED指示灯3、显示屏4、开关6均安装于仪器壳体7的上表面；激光发射接收器8、声音报警器12安装于仪器壳体7的下表面，便于验电工作时工作人员及时发现报警信息。

优选，所述的声音报警器12为蜂鸣器。所述的电池为5V锂电池。

所述的控制电路包括电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路、双向开关、A/D模块、自检电路、报警电路、电压相位显示电路和单片机；

电磁场传感器11与电压档位电路的输入端相连；

电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路顺序连接；

电压提升电路通过双向开关分别与自检电路、A/D模块相连；

A/D模块还分别与单片机、激光发射接收器相连；

自检电路的输出端与报警电路的输入端相连；

单片机分别与报警电路的输入端、电压相位显示电路的输入端相连；

报警电路的输出端分别与声音报警器12、LED指示灯3相连；

电压相位显示电路的输出端与显示屏4相连；

电池与单片机相连，用于驱动单片机，从而启动本发明装置。

电压档位电路可以根据电磁场传感器11采集到的信号得到线路电压，之后根据线路电压等级选择不同电压档位来进行测量，避免更换验电器的麻烦，使用方便、安全可靠及工作效率高。

放大滤波电路用于对采集的电压信号进行电压放大，并滤掉除50Hz以外的高频干扰；

电压提升电路将传感器采集得到的信号转换为直流信号，从而被A/D模块识别；

A/D模块将已采集电压转换为高精度基准电压；

双向开关用于用于根据需求选择验电模式和自检模式；

自检电路是在电场传感器外添加一感应电压，观察发出声光报警功能是否正常；

单片机通过A/D模块对处理过的电压信号进行采样处理，单片机采用采样精度达到要求的stm32单片机。电源采用5V蓄电池供电。根据双向开关可以选择自检模式和验电模式。激光发射接收器接收的信号经过A/D模块采样到单片机，经过单片机处理将距离地面的高度显示到显示屏上，测量时，经过单片机判断为线路是否带电，显示屏显示各相的带电情况及线路电压值；若带电则会触发报警电路，之后LED指示灯亮起和声音报警器报警。

报警电路在正常的光照和背景噪声下，本装置在达到启动电压后应给出清晰易辨的视觉与听觉指示；

电压相位显示电路利用显示屏显示相应的数据；

本发明所述的显示屏可以为数字显示屏，但不限于此。

本发明装置基于单片机实现电压相位的测量、显示与报警提示功能。

在图3、4、5所示的实施例中仿真的输电线路下各相输电线路的带电情况，采用的计算模型为220kV高压输电线路，导线采用LGJ-300/40，输电线路为同塔单回三相输电线路，三相线路呈水平排列，导线相间距L＝5m，中相导线弧垂的距地高度H＝10m，从左至右依次是A相、B相和C相。三相输电导线的等效半径约为0.012m。

优选激光发射接收器具有自助校准功能。测量时激光发射接收器发射激光，锁定测量点距离地面的高度，测距结果会显示到显示屏上，从而有助于保证探测距离地面的高度，从而将检测输电线路下某一高度的电压值发送给单片机，通过系统内部的编码表判断机制，可准确的判断输电线路各相带电情况和电压值，并在显示屏上显示。

本发明装置在检测时，需要进行五次检测，并在单片机中记录数据，再取每次测量的平均值进行比较，然后进行编码，特殊位的编码还要比较测量数据的中线下方电压值和测量电压的最大值，五次测量共计二十五个数据，确保测量的准确性。

本发明仪器壳体为圆台形结构，选择屏蔽材料，防止周围电磁场干扰装置采集电压，根据测试距离和国家抗干扰标准，使其能够在倾斜15度以内测量待测线路，提高验电器验电的灵敏度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.非接触式电压探测及相位识别装置，其特征在于，包括传感器检测装置(1)、支架(2)、检测仪(9)和手持杆(5)；

检测仪(9)位于传感器检测装置(1)的正下方，通过支架(2)与传感器检测装置(1)相连；

所述的传感器检测装置(1)包括装置壳体(10)，和设于装置壳体(10)内部的多个电场感应传感器(11)；检测仪(9)上包括LED指示灯(3)、显示屏(4)、转换开关(6)、仪器壳体(7)、激光发射接收器(8)、声音报警器(12)和控制电路；

LED指示灯(3)、显示屏(4)、转换开关(6)、激光发射接收器(8)、声音报警器(12)均安装在仪器壳体(7)上，控制电路位于仪器壳体(7)内部；

手持杆(5)的顶端与检测仪(9)的底部固定连接，且手持杆(5)上设有电池仓(13)，电池仓(13)安装有电池，所述的电池用于对检测仪(9)供给电能；手持杆(5)外面套有绝缘橡胶；

所述的控制电路包括电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路、双向开关、A/D模块、自检电路、报警电路、电压相位显示电路和单片机；

电场感应传感器(11)与电压档位电路的输入端相连；

电压档位电路、放大滤波电路、电压提升电路顺序连接；

电压提升电路通过双向开关分别与自检电路、A/D模块相连；

A/D模块还分别与单片机、激光发射接收器相连；

自检电路的输出端与报警电路的输入端相连；

单片机分别与报警电路的输入端、电压相位显示电路的输入端相连；

报警电路的输出端分别与声音报警器(12)、LED指示灯(3)相连；

电压相位显示电路的输出端与显示屏(4)相连；

电池与单片机相连；

在输电线路下方平均取二十五个点，每五个点取平均值记为①、②、③、④、⑤，若①/②≥1，则记为1，①/②<1，则记为0，以此类推，依次进行比值判断生成四位二进制编码，将中线输电线下方的电压记为V₀，将测量的最大值记为V_max，若V₀/V_max≥0.8，则记为1，若V₀/V_max＜0.8，则记为0，作为特殊位；根据激光测试距离保持测量点在同一高度，在输电线路下方测量电压值，若是生成的编码值与系统预存的编码值相同，则可判断出各相线路的带电情况；如表1所示；

表1

2.根据权利要求1所述的非接触式电压探测及相位识别装置，其特征在于，LED指示灯(3)、显示屏(4)、转换开关(6)均安装于仪器壳体(7)的上表面；激光发射接收器(8)和声音报警器(12)均安装于仪器壳体(7)的下表面。

3.根据权利要求1所述的非接触式电压探测及相位识别装置，其特征在于，所述的电池为5V锂电池。

4.根据权利要求1所述的非接触式电压探测及相位识别装置，其特征在于，所述的声音报警器(12)为蜂鸣器。

5.根据权利要求1所述的非接触式电压探测及相位识别装置，其特征在于，电场感应传感器(11)有5个，且均匀布设。

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