基于电场传感器的介质损耗在线监测装置

本发明属于在线检测装置，尤其涉及基于电场传感器的介质损耗在线监测装置。

背景技术：

1、目前，用于高压容性设备介质损耗的在线监测方法有多种。

2、西林电桥法适合于实验室中的介质损耗测量。因其电压水平较低，最高10kv，几乎不能用于高压容性设备介质损耗在线监测，其数值的等效性差，仅作为一般参考用。

3、角差法需要同步测量出高压容性设备母线电压的相角和容性设备泄漏电流相角利用公式计算介质损耗角再对其取正切得到介质损耗。

4、传统角差法在测量介质损耗时，需要严格同步母线电压、泄漏电流的测量。而母线pt和容性设备不在同一地点，无法采用同一个测量单元。工程上，通常电压和电流分别采样，称之为电压采样单元和电流采样单元。为了使二者同步，人们提出了各种各样的办法，如：基于gps、北斗同步的介质损耗测量方法，原理上可行，但成本高，有些地方同步效果并不可靠。基于同一电源同步的方法，必须埋设电缆，施工麻烦，对供电有要求，必须是同个一电源。基于无线同步的方法，对软硬件的要求都很高、测量抗干扰性一般。

5、标准电容对比法成本高，安全性无法得到保证。

6、相间相对法无法得到准确值，仅供参考用。

7、三相电流矢量和法无法得到准确值，在很多地方根本甚至无法使用。

8、三次谐波法仅在电压无谐波时使用，而实际电压多少都会存在谐波。

9、为了施工和取电需要，迫切需要一种更为方便，无需同步的介质损耗在线监测技术。

10、综上，角差法在测量介质损耗时，需要严格同步母线电压、泄漏电流的测量。而母线pt和容性设备不在同一地点，必须研制电压采样单元和电流采样单元，在测量时，二者必须严格同步。

11、基于gps、北斗同步的介质损耗测量方法，成本高，部分地区地方效果并不佳。基于同一电源同步的方法，必须埋设电缆，施工麻烦，对供电有要求，必须是同一交流电源。基于无线同步的方法，对软硬件的要求都很高，抗干扰性一般。

12、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

13、(1)角差法在测量介质损耗时，需要严格同步母线电压、泄漏电流的测量。而母线pt和容性设备不在同一地点，必须研制电压采样单元和电流采样单元。

14、(2)基于gps、北斗同步、无线同步的介质损耗测量方法，成本高，部分地区地方效果并不佳。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了基于电场传感器的介质损耗在线监测装置、测量方法。

2、本发明是这样实现的，高压容性设备介质损耗在线监装置由多个介质损耗测试单元和智能终端构成；

3、智能终端负责对多个介质损耗测试单元的数据通讯；它与多个介质损耗测试单元之间采用无线组网，各单元之间无任何电的联系。

4、每个介质损耗测试单元包含电场传感器、电流传感器、天线。介质损耗测试单元通过无线模块与智能终端、其它介质损耗测试单元之间进行数据上的连接；

5、每个介质损耗测试单元设有电流检测单元、电场传感器单元、信号调理单元、数据处理和数据无线收发单元。

6、进一步，所述电场传感器单元设有电场传感器，电场传感器可获取电场信号。电场信号经调理单元后送ad数字化。

7、进一步，所述电流检测单元设有电流传感器，电流传感器获取高压容性设备泄漏电流信号。电流信号经调理单元后送ad数字化。

8、进一步，所述电场传感器是由上下金属电极构成，电极的形状可根据实际情况做成平板型或球型。

9、进一步，所述上下金属电极之间存在绝缘层，上下金属电极之间并联有电容。

10、进一步，所述信号调理线性连接至ad，ad转化器线性连接单片机。

11、进一步，所述单片机可同步采集容性设备泄露电流、电场传感器电场信号，通过容性设备泄露电流、电场传感器电压信号波形，分别计算出电场相位角电流相位角电场相位角不同于母线电压相角但与存在固定相位差关系，δ可以通过现场校核得到。

12、进一步，所述电压电流相位角计算介质损耗角的公式为

13、

14、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

15、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

16、本发明实施例通过各个介质损耗监测单元无需同步，各自独立完成介质损耗的测试；同时无线通讯只是测试数据的传递，无同步精度要求，尤其是电场传感器提供的是现场工频信号，抗干扰性好；最后供电方式灵活，可以交流、蓄电池、太阳能皆可；可以实现低功耗要求。

17、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

18、利用电场传感器测量容性设备所在处的电场强度，容性设备所在处的电场强度与设备两端电压有固定的相位关系。因此，测量容性设备所在处的电场强度相位就代表了母线电压的相位。容性设备两端电压、设备泄漏电流测量相当于在同一个位置。因此，本发明不需要采取任何同步措施，利用同一个ad即可实现电压、电流同步测量。

技术特征：

1.一种基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述基于电场传感器的介质损耗在线监测装置设有多个介质损耗测试单元和智能终端构成；

2.如权利要求1所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述电场传感器单元设有电场传感器，电场传感器串联在信号调理单元中。

3.如权利要求1所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述电流检测单元设有电流传感器，电流传感器连接有试品和信号调理单元，信号调理单元设有信号调理和ad转化器。

4.如权利要求3所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述电流传感器是由上下金属电极构成，电极的形状做成平板型和球型。

5.如权利要求4所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述上下金属电极之间绝缘，上下金属电极之间并联有电容。

6.如权利要求3所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述信号调理线性连接ad转化器，ad转化器线性连接单片机。

7.如权利要求6所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述单片机设有采集容性设备泄露电流、电场传感器电压信号，单片机通过采集容性设备泄露电流、电场传感器电压信号、电压电流相位角计算介质损耗角。

8.如权利要求7所述的基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，其特征在于，所述电压电流相位角计算介质损耗角的公式为

9.一种基于权利要求1～8任意一项所述基于电场传感器的介质损耗在线监测装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法利用电场传感器测量容性设备所在处的电场强度，容性设备所在处的电场强度与设备两端电压有固定的相位关系，测量容性设备所在处的电场强度相位就代表了母线电压的相位，容性设备两端电压、设备泄漏电流测量相当于在同一个位置。

10.一种高压容性设备介质损耗的在线监测方法，其特征在于，所述高压容性设备介质损耗的在线监测方法使用权利要求1～8任意一项所述基于电场传感器的介质损耗在线监测装置。

技术总结
本发明属于在线检测装置技术领域技术，公开了基于电场传感器的介质损耗在线监测装置，每个介质损耗测试单元设有电场传感器和天线，天线通过无线模块与智能终端进行数据上的连接；每个介质损耗测试单元设有电流检测单元、信号调理单元、数据整理和发送单元、电场传感器单元。电场传感器单元设有电场传感器，电场传感器串联在信号调理单元中。电流检测单元设有电流传感器，电流传感器连接有试品和信号调理单元，信号调理单元设有信号调理和AD转化器。电流传感器是由上下金属电极构成，电极的形状做成平板型和球型，上下金属电极之间绝缘，上下金属电极之间并联有电容，不需要采取任何同步措施，利用同一个AD即可实现电压、电流同步测量。

技术研发人员：刘春,郑瑞辰
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12