单极式电流电压一体化传感器

摘要

本发明公开了一种单极式电流电压一体化传感器，涉及智能电网领域中的电子传感器，包括电流传感器、电压测量传感器、电压校正传感器、信号调理电路、A/D转换电路、FPGA单元、无线传输扩展单元、高压取电装置，通过三个传感器采集输电线电流信号并对信号进行处理，计算出被测电流电压值后通过无线通信网来传输检测信息，高压取电装置采用电流互感器取能和锂电池协同供电，可长期为在线监测设备提供电能，本发明能快速、完整、准确地将电流电压信息传送给计算机进行数据处理，不会产生高电压、大电流和铁磁谐振，可方便地与电子式仪表、微机测控保护设备接口，简化了系统结构，节省空间，功耗极小提高了整个系统的稳定性和准确度。

主权项

单极式电流电压一体化传感器，其特征在于：包括信号检测单元、信号处理单元和无线传输扩展单元，所述信号检测单元，用于采集高压输电线电流电压信号；所述信号处理单元，用于处理采集到的电流电压信号计算出被测电流电压；所述无线传输扩展单元，用于通过无线通信网来传输测量数据信息；所述信号检测单元包括电流传感器、电压传感器，所述电压传感器与电流传感器并排设置于高压输电线上；所述电流传感器为罗氏线圈，所述电压传感器为电容式交变电场传感器；所述电压传感器包括电压测量传感器和至少一个电压校正传感器，所述电压测量传感器和电压校正传感器，用于同时测量高压输电线上的电压信号；所述电压校正传感器与电压测量传感器固定于以高压输电线为中心的两个相对位置上，所述电压校正传感器与所述电压测量传感器为相同的传感器；所述电压测量传感器包括两个半球壳式电极和置于两个半球壳所形成空腔中的测量电容，所述测量电容的两极板分别与半球壳式电极连接；所述电流传感器包括高压取电装置，所述高压取电装置包括电流互感器、过流保护电路、整流稳压电路，所述电流互感器套设于高压输电线上，所述电流互感器的输出端与过流保护电路连接，所述过流保护电路的输出端与整流稳压电路连接，所述整流稳压电路的输出端与在线监测设备连接；所述电压传感器通过以下步骤来测量电压，具体包括以下步骤：(1)分别将电压测量传感器和电压校正传感器固定安装于高压输电线的相对两个位置；(2)通过电压测量传感器和电压校正传感器分别获取测量电容的感应电压；(3)将感应电压进行放大、滤波处理和A/D采样分别得到测量感应电压U_测量，校正感应电压U_校正；(4)通过下列公式将测量感应电压U_测量和校正感应电压U_校正分别换算为测量感应电场E_测量，校正感应电场E_校正；其中C_M为传感器的取样电容，R为球型传感器的半径，ε₀为真空介电常数；(5)通过下列公式比较测量感应电场E_测量与校正感应电场E_校正的差值是否小于预设值ε；|E_测量‑E_校正|＜ε(6)利用最小二乘原理并通过下列公式计算模拟电荷的大小，其中F(q)为非线性算子，q为模拟电荷的大小，Q表示模拟电荷的集合；(7)利用麦克斯韦电位系数法得到电位其中—为高压输电线对地电压矩阵；[λ]—为高压输电线的电位系数矩阵；[q]—为模拟电荷大小矩阵；其中，所述步骤(5)中包括如果测量感应电场E_测量与校正感应电场E_校正的差值大于或等于预设值，则返回步骤(2)。