一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统及方法，包括：双平板电极传感器用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡‑不平衡变换器，用于将两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；示波器，用于采集和记录差分后的低阻抗的电压信号。本发明专利技术的技术方案，通过阻抗变换器使双平板电极传感器连接的阻抗趋近无穷大，使得低频段输出电信号与测量电场成线性关系，无需进行信号的积分即可实现瞬态空间电场的准确测量，同时引入平衡‑不平衡变换器，实现输入信号的差分，提高共模抑制比，解决瞬态空间电场测量的共模骚扰问题。

A system and method for measuring transient spatial electric fields

The invention discloses a system and method for measuring the transient electric field, including: double plate electrode sensor for sensing the transient electric field to generate a current displacement of the same amplitude and opposite phase; the impedance converter used to transform displacement current into a voltage signal of two low impedance balanced unbalanced transformation; is used for the voltage signal two low impedance differential signal, and outputs a differential low impedance voltage signal after; for oscilloscope, voltage signal acquisition and record low impedance after the. The technical scheme of the invention, the impedance connected by the impedance converter to double plate electrode sensor tends to infinity, the low frequency output signal and measuring the electric field into a linear relationship, to achieve accurate measurement of transient electric field integral can be no signal, while introducing the balanced unbalanced converter, realize the input signal difference, improve the CMRR, solve the problem of common mode disturbance measuring transient electric field.

【技术实现步骤摘要】
一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统及方法
本专利技术涉及电场测量领域，并且更具体地，涉及一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统及方法。
技术介绍
变电站分为敞开式变电站(airinsulatedsubstation，AIS)和气体绝缘变电站(gasinsulatedsubstation，GIS)两类。AIS变电站的隔离开关或者断路器操作时，将在变电站母线和线路上产生操作过电压，形成瞬态空间电场，频率范围主要在1MHz以内；GIS变电站的隔离开关或者断路器操作时产生特快速瞬态过电压，形成的空间电场频率更高，典型范围在50MHz以内。由于开关操作过程中，母线会出现准直流(0.1Hz)的残压，因此实际空间电场的低频不仅为工频，而应该达到准直流。与架空母线或套管距离越近，空间电场幅值越大，测量系统的测量幅值通常要求达到100kV/m。因此，对用于变电站开关操作形成的瞬态空间电场测量系统的技术要求集中在电场幅值范围和频率范围两方面，需要测量最大幅值达到100kV/m，测量频率范围包括0.1Hz～50MHz。对于瞬态空间电场测量，包括基于电学方法和基于光学方法的两类测量方法。对于电场的100kV/m的幅值，电学和光学两类方法通常都可以满足，但是实现0.1Hz～50MHz频率范围的电场测量难度很大。基于电学方法的电场传感器通常采用基于平板电极或电偶极子天线，两者在高频响应均可达GHz。平板电极传感器在很宽的频谱内测量电场时，输出为电场的微分信号，需要连接积分器，得到时域电场响应，但由于涉及电场的微分，低频时传感器输出幅值小，信噪比低，系统低频响应不好；电偶极子天线在低频时响应小，也难以得到理想的低频响应。光学方法包括基于介质吸收损耗变化和基于介质折射率变化两类，基于介质吸收损耗变化分为电致吸收效应和电致变色效应两种，基于介质折射率变化分为克尔效应和泡克尔斯效应两种。基于电致吸收效应的电场传感器对原场干扰大；基于电致变色效应的电场传感器动态响应差；基于克尔效应的电场传感器灵敏度低；基于泡克尔斯效应的电场传感器最适合进行瞬态电场的测量。但目前常用的基于泡克尔斯效应的电场传感器对温度、湿度太敏感，测量稳定性差。因此，需要一种技术，以解决频带为0.1Hz～50MHz频率范围的电场测量问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，根据本专利技术的一方面，提供一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统，包括：双平板电极传感器，用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将所述位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡-不平衡变换器，用于将所述两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；以及示波器，用于采集和记录差分后的低阻抗的电压信号。基于本专利技术的一实施方式，本专利技术提供了一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统，包括：双平板电极传感器，用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将所述位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡-不平衡变换器，用于将所述两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；衰减器，用于将差分后的低阻抗的电压信号衰减至光发射器的额定输入范围内；光发射器，用于将衰减后的电压信号转换为光信号，并经光纤输出所述光信号；光接收器，用于将所述光信号转换为电压信号；示波器，用于采集和记录所述电压信号。优选地，所述系统用于测量频带为0.1Hz～50MHz的电场。优选地，所述阻抗变换器由运算放大器实现，其响应速率高于100MHz，输入阻抗高于1GΩ，输出阻抗为50Ω；所述阻抗变换器满足输出电压与输入电压成线性关系。优选地，所述电压信号通过同轴电缆传输，所述同轴电缆的特征阻抗为50Ω。优选地，所述示波器采样率高于100MHz，输入阻抗为50Ω或1MΩ。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于对瞬态空间电场进行测量的方法，所述方法包括：利用双平板电极传感器感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；将位移电流变换为两路低阻抗的电压信号输出；将两路低阻抗的电压信号进行信号差分后输出；以及对所述差分后的两路低阻抗的电压信号进行采集和记录。基于本专利技术的一实施方式，本专利技术提供了一种用于对瞬态空间电场进行测量的方法，所述方法包括：利用双平板电极传感器感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；将位移电流变换为两路低阻抗的电压信号输出；将两路低阻抗的电压信号进行信号差分后输出；将差分后的两路低阻抗的电压信号衰减至光发射器的额定输入范围后输出；将接收的低阻抗的电压信号转换为光信号并输出；将光信号转换为电压信号；进行所述电压信号的采集和记录。优选地，所述系统用于测量频带为0.1Hz～50MHz的电场。优选地，所述阻抗变换器由运算放大器实现，其响应速率高于100MHz，输入阻抗高于1GΩ，输出阻抗为50Ω；所述阻抗变换器满足输出电压与输入电压成线性关系。优选地，所述电压信号通过同轴电缆传输，所述同轴电缆的特征阻抗为50Ω。优选地，所述示波器采样率高于100MHz，输入阻抗为50Ω或1MΩ。本专利技术提出的技术方案，通过阻抗变换器，可以使双平板电极传感器的连接的阻抗趋近无穷大，大幅增加双平板电极传感器放电时间常数，扩展了测量系统的低频带宽，使得低频段输出电信号与所测量电场成线性关系，不需要进行信号的积分，实现了瞬态空间电场的准确测量，同时引入平衡-不平衡变换器，实现输入信号的差分，提高了共模抑制比，从而解决了瞬态空间电场测量最常见的共模骚扰问题。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式：图1为根据本专利技术一优选实施例一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统结构图；图2为根据本专利技术又一优选实施例一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统结构图；图3为根据本专利技术优选实施例的一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统电路原理示意图；图4为根据本专利技术优选实施例的阻抗变换器原理示意图；图5为根据本专利技术一优选实施例一种用于对瞬态空间电场进行测量的方法流程图；图6为根据本专利技术又一优选实施例一种用于对瞬态空间电场进行测量的方法流程图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。图1为根据本专利技术一优选实施例一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统结构图。如图1所示，本专利技术提出的瞬态空间电场测量系统100可以包括双平板电极传感器101、阻抗变换器102、平衡-不平衡变换器103以及示波器104。其中，双平板电极传感器101与阻抗变换器102相连，阻抗变换器102与平衡-不平衡变换器103相连，平衡-不平衡变换器103与示波器104相连。本专利技术的优选实施例通过阻抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统，包括：双平板电极传感器，用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将所述位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡‑不平衡变换器，用于将所述两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；以及示波器，用于采集和记录差分后的低阻抗的电压信号。

【技术特征摘要】
1.一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统，包括：双平板电极传感器，用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将所述位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡-不平衡变换器，用于将所述两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；以及示波器，用于采集和记录差分后的低阻抗的电压信号。2.一种用于对瞬态空间电场进行测量的系统，包括：双平板电极传感器，用于感应瞬态空间电场以产生幅值相同、相位相反的一对位移电流；阻抗变换器，用于将所述位移电流变换为两路低阻抗的电压信号；平衡-不平衡变换器，用于将所述两路低阻抗的电压信号进行信号差分，并输出差分后的低阻抗的电压信号；衰减器，用于将差分后的低阻抗的电压信号衰减至光发射器的额定输入范围内；光发射器，用于将衰减后的电压信号转换为光信号，并经光纤输出所述光信号；光接收器，用于将所述光信号转换为电压信号；示波器，用于采集和记录所述电压信号。3.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统用于测量频带为0.1Hz～50MHz的电场。4.根据权利要求1或2所述的系统，所述阻抗变换器由运算放大器实现，其响应速率高于100MHz，输入阻抗高于1GΩ，输出阻抗为50Ω；所述阻抗变换器满足输出电压与输入电压成线性关系。5.根据权利要求1或2所述的系统，所述电压信号通过同轴电缆传输，所述同轴电缆的特征阻抗为50Ω。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，张建功，李东云，干喆渊，张业茂，路遥，程慧青，刘兴发，周兵，倪园，谢辉春，李妮，王延召，刘健犇，滕子涵，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11