[发明专利]一种分布式高压输电线路的电压检测系统

权利要求书

1.一种分布式高压输电线路的电压检测系统，其特征在于，包括：宽带光源，分波器，与多条待测导线数量相同的多个非线性电压传感器，至少一个探测器，解调器和数据分析显示终端，其中，每一个所述非线性电压传感器分别设置于每一条待测导线上，用于同时针对于多条待测导线进行测量；

所述宽带光源与所述分波器通过光纤连接，所述分波器通过光纤同时与多个所述非线性电压传感器连接，每一个所述非线性电压传感器分别和与之对应的所述探测器连接，所述探测器通过光纤连接到所述解调器，所述解调器进一步连接有所述数据分析显示终端；

当同时测量多条所述待测导线上的电压时，所述宽带光源发出检测光，通过所述分波器后形成与所述待测导线数量相同的多个不同波长的所述检测光，多个不同波长的所述检测光分别传输到设置于多条所述待测导线上的所述非线性电压传感器，多个不同波长的所述检测光都经过对应的所述非线性电压传感器，经过光纤传输至与每一个所述非线性电压传感器相对应的所述探测器，所述探测器将光信号转化成电信号，输入所述解调器，根据非线性传输介质的普克尔或克尔效应计算得到电场强度E,通过已测得的电场强度E和预设的测量点的距离求得电压U，并通过所述数据分析显示终端展示出来；

所述非线性电压传感器，具体包括：光纤、透镜、偏振片和电光非线性介质；其中，所述光纤包括输入光纤和输出光纤，所述透镜包括凸平透镜和平凸透镜，所述偏振片包括输入偏振片和输出偏振片；所述宽带光源经所述分波器后形成的多个不同波长的所述检测光作为入射光由所述输入光纤导入后，由所述凸平透镜聚焦后经过所述输入偏振片变成线偏振光，入射到电光非线性晶体中；穿过所述电光非线性晶体的光线经过所述输出偏振片之后，光线被聚焦到所述输出光纤中；所述入射光经过所述电压传感器后，所述入射光的光强由输入强度I₀变为输出光强I₁；

其中，根据所述非线性传输介质的普克尔或克尔效应计算得到电场强度E，通过已测得的电场强度E和距离求得电压U,具体为：

根据所述非线性传输介质的普克尔或克尔效应，包括LiNbO₃在内的电光非线性晶体在输电导线的电场作用下，晶体变为各向异性的双轴晶体，导致其折射率和通过晶体的光偏振态发生变化，产生双折射，出射的两束偏振光的相位差为：

其中，l为所述非线性传输介质的长度，λ₀为通过所述非线性电压传感器的光波长，n₂为非寻常光线的折射率，n₁为寻常光线的折射率，n₀为晶体的折射率，γ₂₂为晶体光电系数，E为外加电场；

同时，由偏振干涉法可知输入光强I₀与经过带所述输出偏振片的所述非线性传输介质的输出光强I₁之间的关系为：

利用模拟电荷法推算直流输电模型的地面上方某位置处的标称电场，双极线中的一极电压为正，记为+U，另一极电压为负，记为-U，双极线两极之间的距离记为s，双极线距离地面的高度为h，所需推算的地面上方某位置处的坐标为x；

根据模拟电荷法，把电位为+U的输电线等效为一无限长直的正线电荷分布，将电位为-U的输电线等效为一无限长直的负线电荷分布，电荷密度为λ；

推算所述直流输电模型的地面标称电场，需要考虑大地效应，用镜像法处理双极线模型，将问题转化为求解空间四根输电线的问题；

选取地面为电势零点，则通过积分方法可以得出距离一根线电荷密度为λ的无限长均匀带电直线在距离其r处的一点产生的电势为：

其中ε₀＝8.854×10^-12C²/(N·m²)，r₀为选取的电势零点离带电输电导线的距离,选择大地为零势面，则每根输电导线及其镜像距离大地的距离均为h；

计算位于输电线正电压极的输电导线的边界处一点A的电位，首先考虑位于输电导线正电极的导线R1与其镜像在A点处产生的电场：

R_eq为输电导线的等效半径；

由模拟电荷法电位系数的计算方法，记：

P₁₁为输电导线R1的自电位系数,再考虑位于输电导线负电极的导线R2与其镜像在A点处产生的电场：

同样地，记：

P₁₂为两根输电导线的互电位系数；

A点为正极输电线边界上的匹配点，它的实际电位为+U，即

则可以推算出输电线的等效线电荷密度：

将空间中的输电导线用等效线电荷进行等效，地面上方某一位置处的标称电场便能够计算了；无限长均匀带电直线的电场分布在其电荷线密度为λ时，有：

其中r为所求点离无限长直线的距离，电场强度的方向沿垂直于输电导线的矢径方向；在考虑了大地的影响、采用镜像法后，考察双极线及其镜像在地面某点产生的电场，设该点的横坐标为x；每根输电线和它的镜像在该点产生的电场大小相等，方向关于y轴对称，两者合成的电场仅仅有在y轴方向的分量，且大小是一根输电线在该点y方向分量的两倍；导线R1在该点产生的电场为：

其y轴上的分量为：

同样可以计算导线R2在该点处y轴上的分量为：

E_1y与E_2y方向相反，取y轴正向为正，将之前求得的等效线电荷密度代入，就得到了地面标称场强的强度：

其中，r₂为测量点到较近输电导线的距离，r₁为测量点到较远输电导线的距离；

通过已测得的电场强度E和包括测量点到较近输电导线的距离r₂和测量点到较远输电导线的距离r₁在内的距离，可方便地求得电压U；

通过公式(2)推算得到φ，代入公式(1)中计算得到所述电场强度E，再通过已测得的电场强度和包括测量点到较近导线的距离r₂和测量点到较远导线的距离r₁在内的距离代入公式(13)，可方便地求得电压U。