基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器
阅读说明：本技术 基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器 (Non-contact wireless transmission alternating current voltage transformer based on electroluminescent device ) 是由 郭太良 廖逸韬 吴朝兴 张永爱 周雄图 王堃 申奕伟 李文豪 赵建铖 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明提出基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器,测量时,把光电感应模块置于高压输电线路旁,使输电线路工作状态激发的电场在光电感应模块内形成电压并以该电压形成检测光信号；所述互感器的光信号整合模块把检测光信号调整为互感器的光信号接收处理系统可使用的采样光信号,光信号接收处理系统把光信号整合模块传来的采样光信号转换为测量电信号；本发明测量量程大、响应频带宽,并且体积小于传统电压互感器,绝缘结构简单,并且不含有铁芯以及无需有源电路进行驱动,成本低廉,安全便捷,并且可以借助大气信道将待测的高压输电线的峰值、频率、波形传输到远端的电表以及监控设备当中,易于计费、监控及巡检,用途广泛。(The invention provides a non-contact wireless transmission alternating current voltage transformer based on an electroluminescent device.A photoelectric sensing module is arranged beside a high-voltage transmission line during measurement, so that an electric field excited by the working state of the transmission line forms voltage in the photoelectric sensing module and forms a detection light signal by the voltage; the optical signal integration module of the mutual inductor adjusts the detection optical signals into sampling optical signals which can be used by an optical signal receiving and processing system of the mutual inductor, and the optical signal receiving and processing system converts the sampling optical signals transmitted by the optical signal integration module into measurement electrical signals; the invention has the advantages of large measuring range, wide response frequency band, smaller volume than that of the traditional voltage transformer, simple insulating structure, no iron core and no need of driving by an active circuit, low cost, safety, convenience, easy charging, monitoring and inspection and wide application, and can transmit the peak value, the frequency and the waveform of the high-voltage transmission line to be measured to a far-end ammeter and monitoring equipment by virtue of an atmospheric channel.)
技术领域
本发明涉及电力运维技术领域，尤其是基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器。
背景技术
随着电力系统的逐步发展，对于电力线路的测量和监控，都往轻型化、智能化、数字化的方向高速发展。近年来，我国在各类指导工作的会议文件上，多次提出了在电力系统规划中应用智能电网的概念，宣告着现有电力系统正在大步向新型电力系统迈进，原有的部分技术仍待升级转型。
目前已经有1100kV等级的超高压出现，下一个电压等级有可能是1500kV或者2000kV，并且随着工业设备日益精密，对电路中的电流和电压参数精度要求越来越高，因此在测量架空输电线时需要布置越来越多的小型、灵活的电压互感器或者电流互感器。尽管工业电力设备体积要求越来越小，但是传统的仪用电磁式电压互感器在电压等级提高的情况下，需要更大的绝缘结构，因此传统的仪用电磁式电压互感器难以满足新一代电力系统的要求，并且愈发跟不上新型电力系统在在线检测、高精度故障诊断、电力数字网等的发展需要，大部分电压互感器工作于恶劣的高压环境当中，为了能够起到实时监控及计费的功能，电压互感器需将架空输电线高压测量值传输到电表或者监控设备当中，而电表与监控设备均远离电压互感器，所以需要敷设一段长距离的线路，装维排障比较困难，所以目前的电压互感器依然需要进行进行产业的升级。
发明内容
本发明提出基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器，具有远距离测量监控、计费功能，其测量量程大、响应频带宽，并且体积远远小于传统电压互感器，绝缘结构简单，并且不含有铁芯以及无需有源电路进行驱动，成本低廉，安全便捷，并且可以借助大气信道将待测的高压输电线的峰值、频率、波形传输到远端的电表以及监控设备当中，易于计费、监控及巡检，用途广泛。
本发明采用以下技术方案。
基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器，所述互感器在对高压输电线路进行测量时，把光电感应模块置于高压输电线路旁，使输电线路工作状态激发的电场在光电感应模块内形成电压并以该电压形成检测光信号；所述互感器的光信号整合模块（5）把检测光信号调整为互感器的光信号接收处理系统可使用的采样光信号，所述光信号接收处理系统把光信号整合模块传来的采样光信号转换为测量电信号。
所述输电线路为交流输电线路；所述光电感应模块包括由第一导电基板（101）、第二导电基板（102）和电致发光器件（103）形成的电流回路；当光电感应模块置于高压输电线路旁时，输电线路激发的电场在第一导电基板、第二导电基板处形成使电致发电器件发光的电压；电致发光器件发出的光线形成检测光信号。
所述第一导电基板、第二导电基板之间留有预设的间隔距离第一导电基板、第二导电基板以绝缘支撑模块支撑固定；当互感器对高压输电线路进行测量时，第一导电基板、第二导电基板在输电线路电压激发下形成交变电场，使电致发光器件周期性输出检测光信号；
所述光信号接收处理系统把采样光信号转换为互感器的处理器可用的测量电信号，所述处理器通过数据处理模块对测量电信号进行误差矫正处理，并向操作者返回经处理形成的测量结果数据。
所述绝缘支撑模块包括绝缘支架（2）、绝缘垫片（3）和绝缘夹板（4）；所述电致发光器件包括电致发光元件、电阻、电感、三极管，还包括一个或多个的二极管；
所述电致发光元件为常规电致发光器件、氮化镓基型电致发光器件、有机电致发光器件或量子点电致发光器件，或是采用上述发光器件的组合；
所述第一导电基板、第二导电基板的形状包括长方形、正方体、圆形或不规则形状，或是上述形状的组合。
当互感器对高压输电线路进行测量时，第一导电基板、第二导电基板与待测线路相邻且沿待测线路的径向排列，光电感应模块与待测线路之间的距离范围为0.1cm到50m之间；光电感应模块与待测线路之间的绝缘媒介包括空气、绝缘陶瓷或绝缘塑料，或是采用上述绝缘媒介的组合。
所述光信号整合模块（5）通过透镜（502）或光反射件（501）或透镜与光反射件的组合来调整电致发光器件的出射光线角度，使电致发光器件的出射光经汇聚优化其光强度以形成采样光信号。
光信号整合模块调整电致发光器件的出射光线角度的方法包括以下方法：
方法A、通过透镜（502）与光反射件（501）的组合来调整：把电致发光器件置于反光杯与凸形棱镜之间，反光杯的光输出方向朝向凸形棱镜，电致发光器件的光线一部分经反光杯反射转换为光信号整合模块输出的平行光，另一部分的光线由凸形棱镜折射转换为光信号整合模块输出的平行光；
方法B、通过多个光反射件调整：把电致发光器件置于四分之一弧型反射镜与半弧形棱镜（503）之间，使电致发光器件的光线在四分之一弧型反射镜与半弧形棱镜之间来回反射，缩小光线出射角，直至光线可从半弧形棱镜处透射后从光信号整合模块输出；
方法C、通过透镜来调整：把电致发光器件置于凸透镜的焦点位置，使电致发光器件的光线经凸透镜转换为光信号整合模块输出的平行光。
在交变电场作用下，所述电致发光器件以内置的发光二级管或发光二级管阵列为光源来实现周期性光输出，电致发光器件的光通过空气传播至光信号整合模块。
所述互感器内部不设置铁芯器件及线圈器件。
所述输电线路为架空输电线，其与地面之间存在满足麦克斯韦方程组的时变电场；当输电线路工作于工频电压时，所述时变电场可视为电准静态场；当互感器测量输电线路时，把第一导电基板、第二导电基板置于该时变电场内并使其沿输电线路径向放置，使第一导电基板、第二导电基板间出现周期性变化电势差，当电势差形成流经电致发光器件的正向电流时，电致发光器件发光。
本发明的核心元器件仅由两平行基板以及电致发光器件组、可见光整合模块组成，相对于传统的电磁式电压互感器，本发明结构简单，可以借助大气信道将待测的高压输电线的峰值、频率、波形传输到远端的电表以及监控设备当中，易于计费、监控及巡检、维护便捷并且因其不含有铁芯，所以该模型相对于传统的电磁式仪用电压互感器来说，大大提高了维保能力，并且无铁芯无线圈，因此消除了磁饱和以及铁磁谐振，抗电磁干扰能力强，并容易实现数字化处理和计量。
本发明具有远距离测量监控、计费功能，其测量量程大、响应频带宽，并且体积远远小于传统电压互感器，绝缘结构简单，并且不含有铁芯以及无需有源电路进行驱动，成本低廉，安全便捷，并且可以借助大气信道将待测的高压输电线的峰值、频率、波形传输到远端的电表以及监控设备当中，易于计费、监控及巡检，用途广泛。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的原理示意图；
附图2是本发明的光信号整合模块以透镜和光反射件来调整电致发光器件的出射光线角度的示意图；
附图3是本发明的光信号整合模块以多个光反射件来调整电致发光器件的出射光线角度的示意图；
附图4是本发明的光信号整合模块以透镜来调整电致发光器件的出射光线角度的示意图；
附图5是本发明的系统流程示意图；
图中：2-绝缘支架；3-绝缘垫片；4-绝缘夹板；5-光信号整合模块；101-第一导电基板；102-第二导电基板；103-电致发光器件；501-光反射件；502-透镜；503-半弧形棱镜。
具体实施方式
如图所示，基于电致发光器件的非接触式无线传输交流电压互感器，所述互感器在对高压输电线路进行测量时，把光电感应模块置于高压输电线路旁，使输电线路工作状态激发的电场在光电感应模块内形成电压并以该电压形成检测光信号；所述互感器的光信号整合模块5把检测光信号调整为互感器的光信号接收处理系统可使用的采样光信号，所述光信号接收处理系统把光信号整合模块传来的采样光信号转换为测量电信号。
所述输电线路为交流输电线路；所述光电感应模块包括由第一导电基板101、第二导电基板102和电致发光器件103形成的电流回路；当光电感应模块置于高压输电线路旁时，输电线路激发的电场在第一导电基板、第二导电基板处形成使电致发电器件发光的电压；电致发光器件发出的光线形成检测光信号。
所述第一导电基板、第二导电基板之间留有预设的间隔距离第一导电基板、第二导电基板以绝缘支撑模块支撑固定；当互感器对高压输电线路进行测量时，第一导电基板、第二导电基板在输电线路电压激发下形成交变电场，使电致发光器件周期性输出检测光信号；
所述光信号接收处理系统把采样光信号转换为互感器的处理器可用的测量电信号，所述处理器通过数据处理模块对测量电信号进行误差矫正处理，并向操作者返回经处理形成的测量结果数据。
所述绝缘支撑模块包括绝缘支架2、绝缘垫片3和绝缘夹板4；所述电致发光器件包括电致发光元件、电阻、电感、三极管，还包括一个或多个的二极管；
所述电致发光元件为常规电致发光器件、氮化镓基型电致发光器件、有机电致发光器件或量子点电致发光器件，或是采用上述发光器件的组合；
所述第一导电基板、第二导电基板的形状包括长方形、正方体、圆形或不规则形状，或是上述形状的组合。
当互感器对高压输电线路进行测量时，第一导电基板、第二导电基板与待测线路相邻且沿待测线路的径向排列，光电感应模块与待测线路之间的距离范围为0.1cm到50m之间；光电感应模块与待测线路之间的绝缘媒介包括空气、绝缘陶瓷或绝缘塑料，或是采用上述绝缘媒介的组合。
所述光信号整合模块5通过透镜502或光反射件501或透镜与光反射件的组合来调整电致发光器件的出射光线角度，使电致发光器件的出射光经汇聚优化其光强度以形成采样光信号。
光信号整合模块调整电致发光器件的出射光线角度的方法包括以下方法：
方法A、通过透镜502与光反射件501的组合来调整：把电致发光器件置于反光杯与凸形棱镜之间，反光杯的光输出方向朝向凸形棱镜，电致发光器件的光线一部分经反光杯反射转换为光信号整合模块输出的平行光，另一部分的光线由凸形棱镜折射转换为光信号整合模块输出的平行光；
方法B、通过多个光反射件调整：把电致发光器件置于四分之一弧型反射镜与半弧形棱镜503之间，使电致发光器件的光线在四分之一弧型反射镜与半弧形棱镜之间来回反射，缩小光线出射角，直至光线可从半弧形棱镜处透射后从光信号整合模块输出；
方法C、通过透镜来调整：把电致发光器件置于凸透镜的焦点位置，使电致发光器件的光线经凸透镜转换为光信号整合模块输出的平行光。
在交变电场作用下，所述电致发光器件以内置的发光二级管或发光二级管阵列为光源来实现周期性光输出，电致发光器件的光通过空气传播至光信号整合模块。
所述互感器内部不设置铁芯器件及线圈器件。
所述输电线路为架空输电线，其与地面之间存在满足麦克斯韦方程组的时变电场；当输电线路工作于工频电压时，所述时变电场可视为电准静态场；当互感器测量输电线路时，把第一导电基板、第二导电基板置于该时变电场内并使其沿输电线路径向放置，使第一导电基板、第二导电基板间出现周期性变化电势差，当电势差形成流经电致发光器件的正向电流时，电致发光器件发光。
在本实施例中，所述电致发光器件组包括但不限于普通电致发光器件，或者包括氮化镓基电致发光器件、有机电致发光器件、量子点电致发光器件或其组合，均能够完美呈现本专利所述的效果。
在本实施例中，电致发光器件的光信号通过自由空间作为传输媒介，到达光电探测与转换模块（光信号接收处理系统）中，并将其由光信号转换电信号，经由数据采集模块与处理模块将最终有效电压值数值化后传输至用户客户端。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。同时，以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
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