摘要：本次发明专利的名称是电压电流组合式传感器及电压电流检测系统，由国网重庆市电力公司电力科学研究院申请，发明团队包括李松浓、周强、侯兴哲、周孔均、王毅、何国军、胡晓锐、宫林、郑可、梁星、何为、刘型志。
概要：本申请提供了一种电压电流组合式传感器及电压电流检测系统，电压电流组合式传感器包括：固定支架、活动支架、第一导线固定机构和第二导线固定机构、锁紧手柄、连杆机构、电场传感器探头和磁场传感器探头；
电场传感器探头包括：PCB基板、第一电极组、第二电极组、第一接线柱和第二接线柱，第一电极组包括多个依次串联的半环形结构的第一电极，第二电极组包括多个依次串联的半环形结构的第二电极；磁场传感器探头包
括第一铁芯、第二铁芯、罗氏线圈、第三接线柱和第四接线柱。本申请提供的电压电流组合式传感器降低了绝缘设计成本，并且不需要与待检测输电线路进行直接的电气连接，提高了安全性。
技术特征：
1.一种电压电流组合式传感器，其特征在于，包括：固定支架、活动支架、第一导线固定机构和第二导线固定机构、锁紧手柄、连杆机构、电场传感器探头和磁场传感器探头；
所述电场传感器探头包括：PCB基板、第一电极组、第二电极组、第一接线柱和第二接线柱，所述第一电极组包括多个依次串联的半环形结构的第一电极，所述第二电极组包括多个依次串联的半环形结构的第二电极；
所述磁场传感器探头包括第一铁芯、第二铁芯、罗氏线圈、第三接线柱和第四接线柱；
所述第一铁芯与所述固定支架固定连接，所述第二铁芯与所述活动支架固定连接，所述第一铁芯和所述第二铁芯均为半环形结构且相对设置，所述电场传感器探头与所述固定支架固定连接且与所述第一铁芯靠近设置，所述第一导线固定机构与所述固定支架固定连接且设置在所述第一铁芯的开口区域内，所述第二导线固定机构与所述活动支架固定连接且设置在所述第二铁芯的开口区域内，所述活动支架可在所述固定支架上移动，所述活动支架通过所述连杆机构与所述锁紧手柄连接；
所述第一电极组设置在所述PCB基板的正面，所述第二电极组设置在所述PCB基板的反面，且所述第一电极组和所述第二电极组交错设置，所述第一接线柱分别与各个第一电极相连，所述第二接线柱分别与各个第二电极相连；
所述罗氏线圈缠绕在所述第一铁芯和所述第二铁芯上，所述第三接线柱与所述罗氏线圈的一端相连，所述第四接线柱与所述罗氏线圈的另一端相连；
在所述第一导线固定机构和所述第二导线固定机构锁紧在待检测输电线路上时，所述第一电极组和所述第二电极组处于所述输电线路的电磁场中并产生电位差信号，所述电位差信号通过所述第一接线柱和所述第二接线传输至电压检测装置，且所述罗氏线圈处于所述待检测输电线路的电磁场中并产生感生电动势信号，所述感生电动势信号通过所述第三接线柱和所述第四接线柱传输至电流检测装置。
2.根据权利要求1所述的电压电流组合式传感器，其特征在于，所述第一导线固定机构具体为：橡胶第一导线固定机构；所述第二导线固定机构具体为：橡胶第二导线固定机构。
3.根据权利要求1所述的电压电流组合式传感器，其特征在于，所述第一铁芯具体为：硅钢片；
所述第二铁芯具体为：硅钢片。
4.根据权利要求1所述的电压电流组合式传感器，其特征在于，所述固定支架具体为：聚四氟乙烯固定支架；所述活动支架具体为：聚四氟乙烯活动支架。
5.根据权利要求1所述的电压电流组合式传感器，其特征在于，所述固定支架具体为：尼龙塑料固定支架；所述活动支架具体为：尼龙塑料活动支架。
6.一种电压电流检测系统，其特征在于，包括：电压检测装置、电流检测装置和如权利要求1-5任意一项所述的电压电流组合式传感器；
所述电压检测装置与所述电压电流组合式传感器相连，所述电流检测装置与所述电压电流组合式传感器相连；
所述电压检测装置，用于对所述电压电流组合式传感器输出的电位差信号进行处理，得到待检测输电线路的电压；
所述电流检测装置，用于对所述电压电流组合式传感器输出的感生电动势信号进行处理，得到所述待检测输电线路的电流。
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7.根据权利要求6所述的电压电流检测系统，其特征在于，所述电压检测装置包括：第一前置差分放大电路、第一带通滤波电路、第一可编程增益放大电路、第一A/D转换电路和第一处理器；所述第一前置差分放大电路，用于滤除所述电位差信号中的共模干扰信号，得到第一子电位差信号；
所述第一带通滤波电路，用于滤除所述第一子电位差信号中的高频干扰信号，得到第二子电位差信号；
所述第一可编程增益放大电路，用于对所述第二子电位差信号进行放大，得到第三子电位差信号；
所述第一A/D转换电路，用于将所述第三子电位差信号转换为第一数字信号；所述第一处理器，用于将所述第一数字信号乘以预设电压比例系数，得到所述待检测输电线路的电压。
8.根据权利要求6所述的电压电流检测系统，其特征在于，所述电流检测装置包括：第二前置差分放大电路、第二带通滤波电路、第二可编程增益放大电路、第二A/D转换电路和第二处理器；
所述第二前置差分放大电路，用于滤除所述感生电动势信号中的共模干扰信号，得到第一子感生电动势信号；
所述第二带通滤波电路，用于滤除所述第一子感生电动势信号中的高频干扰信号，得到第二子感生电动势信号；所述第二可编程增益放大电路，用于对所述第二子感生电动势信号进行放大，得到第三子感生电动势信号；
所述第二A/D转换电路，用于将所述第三子感生电动势信号转换为第二数字信号；所述第二处理器，用于将所述第二数字信号乘以预设电流比例系数，得到所述待检测输电线路的电流。
背景技术
输电线路的电压、电流测量与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关，是电力系统维护中的重要环节。高效、安全的测量方式是提高维护效率和电网供电质量的有效途径。
目前输电线路中电压、电流测量主要通过互感器实现，而传统的互感器需要与输电线路进行直接的电气连接，对互感器的绝缘性能要求高，导致绝缘设计成本高，并且互感器需要与输电线路进行直接的电气连接，安全性差。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种电压电流组合式传感器及电压电流检测系统，以达到降低绝缘设计成本，并提高安全性的目的，技术方案如下：
一种电压电流组合式传感器，包括：固定支架、活动支架、第一导线固定机构和第二导线固定机构、锁紧手柄、连杆机构、电场传感器探头和磁场传感器探头；
所述电场传感器探头包括：PCB基板、第一电极组、第二电极组、第一接线柱和第二接线柱，所述第一电极组包括多个依次串联的半环形结构的第一电极，所述第二电极组包括多个依次串联的半环形结构的第二电极；
所述磁场传感器探头包括第一铁芯、第二铁芯、罗氏线圈、第三接线柱和第四接线柱；
所述第一铁芯与所述固定支架固定连接，所述第二铁芯与所述活动支架固定连接，所述第一铁芯和所述第二铁芯均为半环形结构且相对设置，所述电场传感器探头与所述固定支架固定连接且与所述第一铁芯靠近设置，所述第一导线固定机构与所述固定支架固定连接且设置在所述第一铁芯的开口区域内，所述第二导线固定机构与所述活动支架固定连接且设置在所述第二铁芯的开口区域内，所述活动支架可在所述固定支架上移动，所述活动支架通过所述连杆机构与所述锁紧手柄连接；
所述第一电极组设置在所述PCB基板的正面，所述第二电极组设置在所述PCB基板的反面，且所述第一电极组和所述第二电极组交错设置，所述第一接线柱分别与各个第一电极相连，所述第二接线柱分别与各个第二电极相连；
所述罗氏线圈缠绕在所述第一铁芯和所述第二铁芯上，所述第三接线柱与所述罗氏线圈的一端相连，所述第四接线柱与所述罗氏线圈的另一端相连；
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在所述第一导线固定机构和所述第二导线固定机构锁紧在待检测输电线路上时，所述第一电极组和所述第二电极组处于所述输电线路的电磁场中并产生电位差信号，所述电位差信号通过所述第一接线柱和所述第二接线传输至电压检测装置，且所述罗氏线圈处于所述待检测输电线路的电磁场中并产生感生电动势信号，所述感生电动势信号通过所述第三接线柱和所述第四接线柱传输至电流检测装置。
优选的，所述第一导线固定机构具体为：橡胶第一导线固定机构；
所述第二导线固定机构具体为：橡胶第二导线固定机构。
优选的，所述第一铁芯具体为：硅钢片；
所述第二铁芯具体为：硅钢片。
优选的，所述固定支架具体为：聚四氟乙烯固定支架；
所述活动支架具体为：聚四氟乙烯活动支架。
优选的，所述固定支架具体为：尼龙塑料固定支架；
所述活动支架具体为：尼龙塑料活动支架。
一种电压电流检测系统，包括：电压检测装置、电流检测装置和如上述任意一项所述的电压电流组合式传感器；
所述电压检测装置与所述电压电流组合式传感器相连，所述电流检测装置与所述电压电流组合式传感器相连；
所述电压检测装置，用于对所述电压电流组合式传感器输出的电位差信号进行处理，得到待检测输电线路的电压；
所述电流检测装置，用于对所述电压电流组合式传感器输出的感生电动势信号进行处理，得到所述待检测输电线路的电流。
优选的，所述电压检测装置包括：第一前置差分放大电路、第一带通滤波电路、第一可编程增益放大电路、第一A/D转换电路和第一处理器；
所述第一前置差分放大电路，用于滤除所述电位差信号中的共模干扰信号，得到第一子电位差信号；
所述第一带通滤波电路，用于滤除所述第一子电位差信号中的高频干扰信号，得到第二子电位差信号；
所述第一可编程增益放大电路，用于对所述第二子电位差信号进行放大，得到第三子电位差信号；
所述第一A/D转换电路，用于将所述第三子电位差信号转换为第一数字信号；
所述第一处理器，用于将所述第一数字信号乘以预设电压比例系数，得到所述待检测输电线路的电压。
优选的，所述电流检测装置包括：第二前置差分放大电路、第二带通滤波电路、第二可编程增益放大电路、第二A/D转换电路和第二处理器；
所述第二前置差分放大电路，用于滤除所述感生电动势信号中的共模干扰信号，得到第一子感生电动势信号；
所述第二带通滤波电路，用于滤除所述第一子感生电动势信号中的高频干扰信号，得到第二子感生电动势信号；
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所述第二可编程增益放大电路，用于对所述第二子感生电动势信号进行放大，得到第三子感生电动势信号；
所述第二A/D转换电路，用于将所述第三子感生电动势信号转换为第二数字信号；
所述第二处理器，用于将所述第二数字信号乘以预设电流比例系数，得到所述待检测输电线路的电流。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
]在本申请中，通过第一导线固定机构和第二导线固定机构将电压电流组合式传感器固定在待检测输电线路上，通过对待检测输电线路周围的电磁场的检测，实现对待检测输电线路的电压和电流的检测，不需要与待检测输电线路进行直接的电气连接，因此对电压电流组合式传感器的绝缘性能要求不高，降低了绝缘设计成本，并且不需要与待检测输电线路进行直接的电气连接，提高了安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的电压电流组合式传感器的一种结构示意图；
图2是本申请提供的电压电流组合式传感器被锁紧时的一种结构示意图；
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图3是本申请提供的电场传感器探头的一种结构示意图；
图4是本申请提供的电压电流组合式传感器安装的一种结构示意图；
图5是本申请提供的电压电流组合式传感器安装的另一种结构示意图；
图6是本申请提供的电压电流检测系统的一种逻辑结构示意图；
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图7是本申请提供的电压检测装置的一种逻辑结构示意图；
图8是本申请提供的电流检测装置的一种逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
]实施例一
在本实施例中，示出了一种电压电流组合式传感器，请一并参见图1至图5，电压电流组合式传感器包括：固定支架1、活动支架2、第一导线固定机构3和第二导线固定机构4、锁紧手柄5、连杆机构6、电场传感器探头7和磁场传感器探头。
所述电场传感器探头7包括：PCB基板11、第一电极组、第二电极组、第一接线柱12和第二接线柱13，所述第一电极组包括多个依次串联的半环形结构的第一电极14，所述第二电极组包括多个依次串联的半环形结构的第二电极15。
所述磁场传感器探头包括第一铁芯18、第二铁芯19、罗氏线圈、第三接线柱和第四接线柱；
所述第一铁芯18与所述固定支架1固定连接，所述第二铁芯19与所述活动支架2固定连接，所述第一铁芯18和所述第二铁芯19均为半环形结构且相对设置，所述电场传感器探头7与所述固定支架1固定连接且与所述第一铁芯18靠近设置，所述第一导线固定机构3与所述固定支架1固定连接且设置在所述第一铁芯18的开口区域内，所述第二导线固定机构4与所述活动支架2固定连接且设置在所述第二铁芯19的开口区域内，所述活动支架2可在所述固定支架1上移动，所述活动支架2通过所述连杆机构6与所述锁紧手柄5连接。
所述第一电极组设置在所述PCB基板11的正面，所述第二电极组设置在所述PCB基板11的反面，且所述第一电极组和所述第二电极组交错设置，所述第一接线柱12分别与各个第一电极14相连，所述第二接线柱13分别与各个第二电极15相连。
所述罗氏线圈缠绕在所述第一铁芯18和所述第二铁芯19上，所述第三接线柱与所述罗氏线圈的一端相连，所述第四接线柱与所述罗氏线圈的另一端相连。
在所述第一导线固定机构3和所述第二导线固定机构4锁紧在待检测输电线路上时，所述第一电极组和所述第二电极组处于所述输电线路的电磁场中并产生电位差信号，所述电位差信号通过所述第一接线柱12和所述第二接线传输至电压检测装置，且所述罗氏线圈处于所述待检测输电线路的电磁场中并产生感生电动势信号，所述感生电动势信号通过所述第三接线柱和所述第四接线柱传输至电流检测装置。
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在本实施例中，在第一导线固定机构3和第二导线固定机构4锁紧在待检测输电线路上时，电场传感器探头7与待检测输电线路保持同轴方向，第一电极组和所述第二电极组处于所述输电线路的电磁场中，各个第一电极14的表面和各个第二电极15的表面均会感应出电荷，由于第一电极组和第二电极组不接地，因此感应出的电荷聚集在电极的表面，且第一电极组和第二电极组交错设置以实现第一电极组和第二电极组的电位不同，形成电位差信号。
在本申请中，通过第一导线固定机构3和第二导线固定机构4将电压电流组合式传感器固定在待检测输电线路上，通过对待检测输电线路周围的电磁场的检测，实现对待检测输电线路的电压和电流的检测，不需要与待检测输电线路进行直接的电气连接，因此对电压电流组合式传感器的绝缘性能要求不高，降低了绝缘设计成本，并且不需要与待检测输电线路进行直接的电气连接，提高了安全性。
进一步的，由于电场传感器探头7没有铁芯，因此无需考虑铁磁谐振现象给电网电能质量带来的影响。
且电压电流组合式传感器与待检测输电线路没有直接的电气连接，可以在不断电的情况下进行安装，安装使用方便。
在本实施例中，输电线路的导线虽有国家的标准，但是不同电压等级其导线的粗细是不同的，因此设计第一导线固定机构3和第二导线固定机构4以便适应型号不同的导线。当拉紧锁紧手柄5时，第一导线固定机构3和第二导线固定机构4能够紧紧卡在输电线路上，使得电场传感器探头7和磁场传感器探头与输电线路保持同轴方向，满足检测的要求。
在本实施例中，第一导线固定机构3具体可以为橡胶第一导线固定机构3，第二导线固定机构4具体可以为橡胶第二导线固定机构4，即第一导线固定机构3和第二导线固定机构4采用的是橡胶材料。
在本实施例中，所述第一铁芯18具体为：硅钢片；所述第二铁芯19具体为：硅钢片。
在本实施例中，所述固定支架1具体为：聚四氟乙烯固定支架；所述活动支架2具体为：聚四氟乙烯活动支架。
当然，所述固定支架1也可以为：尼龙塑料固定支架；所述活动支架2为：尼龙塑料活动支架。
在本实施例中，使用电压电流组合式传感器时，可以利用绝缘长杆P将电压电流组合式传感器卡在输电线路上，首先将电压电流组合式传感器打开，如图4所示。当电压电流组合式传感器卡在输电线路上时，按下绝缘长杆的手柄，使电压电流组合式传感器处于锁紧状态，然后取下绝缘长杆，电压电流组合式传感器便能固定在输电线路上，如图5所示。
实施例二
在本实施例中，提供一种电压电流检测系统，请参见图6，电压电流检测系统包括：电压检测装置61、电流检测装置62和电压电流组合式传感器63。
电压电流组合式传感器63的具体结构和相关功能请参见实施例一示出的电压电流组合式传感器，在此不再赘述。
所述电压检测装置61与所述电压电流组合式传感器63相连，所述电流检测装置62与所述电压电流组合式传感器63相连。
所述电压检测装置61，用于对所述电压电流组合式传感器63输出的电位差信号进行处理，得到待检测输电线路的电压。
所述电流检测装置62，用于对所述电压电流组合式传感器63输出的感生电动势信号进行处理，得到所述待检测输电线路的电流。
在本实施例中，所述电压检测装置61包括：第一前置差分放大电路71、第一带通滤波电路72、第一可编程增益放大电路73、第一A/D转换电路74和第一处理器75。
所述第一前置差分放大电路71，用于滤除所述电位差信号中的共模干扰信号，得到第一子电位差信号。
所述第一带通滤波电路72，用于滤除所述第一子电位差信号中的高频干扰信号，得到第二子电位差信号。
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所述第一可编程增益放大电路73，用于对所述第二子电位差信号进行放大，得到第三子电位差信号。
所述第一A/D转换电路74，用于将所述第三子电位差信号转换为第一数字信号。
所述第一处理器75，用于将所述第一数字信号乘以预设电压比例系数，得到所述待检测输电线路的电压。
由于电压电流组合式传感器63中第一电极组和第二电极组之间的电位差与待检测输电线路的电压呈线性关系，因此将第一数字信号乘以预设电压比例系数，即可得到待检测输电线路的电压。
其中，预设电压比例系数可以通过实验确定。
电流检测装置62包括：第二前置差分放大电路81、第二带通滤波电路82、第二可编程增益放大电路83、第二A/D转换电路84和第二处理器85。
所述第二前置差分放大电路81，用于滤除所述感生电动势信号中的共模干扰信号，得到第一子感生电动势信号。
所述第二带通滤波电路82，用于滤除所述第一子感生电动势信号中的高频干扰信号，得到第二子感生电动势信号。
述第二可编程增益放大电路83，用于对所述第二子感生电动势信号进行放大，得到第三子感生电动势信号。
所述第二A/D转换电路84，用于将所述第三子感生电动势信号转换为第二数字信号。
所述第二处理器85，用于将所述第二数字信号乘以预设电流比例系数，得到所述待检测输电线路的电流。
在本实施例中，由于磁场传感器探头输出的感应电动势与待检测输电线路的电流呈线性关系，因此将第二数字信号乘以预设电流比例系数即可得到待检测输电线路的电流。
在本实施例中，预设电流比例系数通过实验确定。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种电压电流组合式传感器及电压电流检测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
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