[发明专利]MEMS非接触式高压直流验电器

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种MEMS非接触式高压直流验电器。

【背景技术】

随着我国经济的快速增长，电力需求急剧增加，预计到2020年全国的装机容量将达到1l00～1200GW，全国的电力需求总量将达到4.6h×10¹²kWh。为了保证能源利用的安全性，太阳能、生物质能、核能、风能等新兴能源亟待开发利用。根据最新统计，我国已探明开采煤炭储量达1.145×10¹¹t，居世界排名第三位；根据2001-2004年进行的水能资源普查结果，水能蕴藏量达676GW，与江河流域分布一致。由此可知，我国水能、煤炭资源丰富，但从地域上看，资源主要分布在西北、西南地区，与生产力发达的东部地区呈逆向分布，因此形成“西电东送、南北互供、全国联网”的电网发展战略^[1]。

因此，发展特高压电网是解决能源资源与生产力布局不均衡问题的有效措施，是优化电力输送方式的必然要求^[2]。在未来20年，我国将继续开发西北火电和西南水电。我国发展特高压主要是指1000V交流和±800kV直流及以上的更高一级电压等级。当输电距离超过一定的等价距离后，直流输电比交流输电更为经济。

随着电压等级的不断提高，尤其是超高压、长距离输电技术在我国应用范围的扩大，其在施工以及维护中所发生的问题也越来越大^[3]。在无电或者停电的设备上工作的时候，必须要采取一定的防护措施，并且对设备的验电的操作步奏以及验电的方法的都有着明确的要求以及规定。特高压输电线路进行检修的时候，必须对其带电情况进行准确的验证，以防止意外的发生。

电力行业属于高危行业，一旦发生事故，不仅对电力企业自身的经济遭受巨大损失以外也会对各用电企业带来巨大影响^[4]。一旦停电的面积过大，那么信息就无法沟通，经济建设就会停顿，并且对国家形象也会有很大影响。不仅如此，对国民经济和人民的饮食、起居、交通以及休闲等等方面影响也是巨大的。

近年来，各岗各业已经有越来越多的人因为操作不当或者验电设备不合格而发生触电事故^[5]。除了由于工作人员自身违反安全规章以外，气候以及自然环境产生的电场以及输电线路下的感应电场对工作人员的安全也有着巨大的影响。为了避免或者减小这些安全事故的发生，电力行业对高压输电线路都普遍安装了带电检测的仪器。目前，高压验电装置可以从作用原理以及使用环境分为很多类型，但他们几乎都为交流验电装置，直流验电器很少发现。

【发明内容】

为解决前述问题，本发明提出一种MEMS非接触式高压直流验电器,以提供一种适用于特高压环境下的直流检测设备。

为达到前述目的，本发明采用的方案为:MEMS非接触式高压直流验电器，其特征在于，包括：MEMS交直流电场检测探头，用于采集场景内的电场信号；信号采集单元，接收所述电场信号并进行去噪处理；微控制器，接收所述去噪处理后的电场信号，并根据所述电场信号生成正极信号或负极信号；声光报警模块，用于显示所述正极信号或负极信号。

可选的，还包括与所述微控制器连接的开关模块，用于打开或关闭所述MEMS非接触式高压直流验电器。

可选的，还包括蓄电池，用于向所述微控制器、信号采集单元及声光报警模块供电。

可选的，所述声光报警模块包括扬声器、红色LED灯及绿色LED灯。

可选的，所述MEMS交直流电场检测探头内设有MEMS电场敏感芯片；

当MEMS电场敏感芯片施加激励电压时，屏蔽电极周期振动，在外界电场E作用下，芯片感应电极的电荷量发生周期性变化，调制被测的交变电场，在某一时刻，感应电荷量Q可表示为

Q(t)＝k_qX_rE sin(ωt+θ)+Q₀(1)

式中，k_q为屏蔽电极在单位振幅状态下感应电极的电荷变化量；X_r为谐振态时屏蔽电极的振幅；θ为激励信号与芯片输出信号之间的相位差；

此时MEMS电场敏感芯片的输出的电场信号的电流为

则MEMS电场敏感芯片经前置放大电路后的输出的电场信号的电压表示为

V_out＝iR(3)

其中，R为前置放大电路的放大倍数。

可选的，包括呈柱形的第一外壳及第二外壳，所述第二外壳的一端覆盖所述第一外壳一端的第一部分；