基于磁传感器阵列的输电线路零序电流的测量方法

摘要

本发明涉及一种基于磁传感器阵列的输电线路零序电流的测量方法，包括以下步骤：1)将磁传感器阵列置于架空输电线路的下方，采集磁场传感器阵列输出信号；2)将信号依次通过滤波电路和放大电路后传输给数据处理设备；3)数据处理设备对接收到的信号进行处理，得到载流导线的磁通密度信息，并通过分析该磁通密度的特征得到载流导线的零序电流。与现有技术相比，本发明具有简单、成本低、损耗低等优点。

主权项

一种基于磁传感器阵列的输电线路零序电流的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将磁传感器阵列置于架空输电线路的下方，采集磁传感器阵列输出信号；2)将信号依次通过滤波电路和放大电路后传输给数据处理设备；3)数据处理设备对接收到的信号进行处理，得到载流导线的磁通密度信息，并通过分析该磁通密度的特征得到载流导线的零序电流；若输电线路为三相三线架空输电线路，所述的磁传感器阵列为两个磁传感器组成磁传感器阵列；零序电流的计算具体如下：301)两个磁传感器S₁和S₂的磁通密度分别为B₁和B₂，B₁、B₂在空间坐标系中分解为x,y,z三个分量分别如下$\left\{\begin{array}{c}{B}_{1x}=0\\ B_{1y}=\frac{{\mu }_0}{2\pi }·(\frac{I_a}{l_1}·{{\cos \theta }_1}^2+\frac{I_b}{l_1+l_2}+\frac{I_c}{l_1}·{{\cos \theta }_1}^2)\\ B_{1z}=\frac{{\mu }_0}{2\pi }·(\frac{I_a}{l_1}·{\sin \theta }_1·{\cos \theta }_1+\frac{I_c}{l_1}·{\sin \theta }_1·{\cos \theta }_1)\end{array}\right.---\left(1\right)$$\left\{\begin{array}{c}{B}_{2x}=0\\ B_{2y}=\frac{{\mu }_0}{2\pi }·(\frac{I_a}{l_1+d}·{{\cos \theta }_2}^2+\frac{I_b}{l_1+l_2+d}+\frac{I_c}{l_1+d}·{{\cos \theta }_2}^2)\\ B_{2z}=\frac{{\mu }_0}{2\pi }·(\frac{I_a}{l_1+d}·{\sin \theta }_1·{\cos \theta }_1+\frac{I_c}{l_1+d}·{\sin \theta }_1·{\cos \theta }_1)\end{array}\right.---\left(2\right)$上两式中I_a、I_b、I_c分别为三相电流，μ₀为空气磁导率，w为a相和b相之间的水平距离，d为磁传感器S₁和S₂之间的垂直距离，l₁为磁传感器S₁与c相之间的垂直距离，l₂为b相和c相之间的垂直距离，θ₁为a相与S₁之间连线和b相与S₁之间连线的夹角，θ₂为a相与S₂之间连线和b相与S₂之间连线的夹角；302)假设电力线与磁传感器之间的距离远大于电力线之间的距离，即l₁>>l₂，则三条电力线的磁场效应可由位于传感器上方的等效电流I_v表示，其中，I_v和S₁之间距离为h_v，I_v在测量点S₁,S₂处所产生磁通密度的x,_y,z轴分量如式(3)和(4)表示；$\left\{\begin{array}{c}{B}_{1\mathrm{vx}}=0\\ B_{1\mathrm{vy}}=\frac{{\mu }_0·I_v}{{2\mathrm{\pi h}}_v}\\ B_{1\mathrm{vz}}=0\end{array}\right.---\left(3\right)$$\left\{\begin{array}{c}{B}_{2\mathrm{vx}}=0\\ B_{2\mathrm{vy}}=\frac{{\mu }_0·I_v}{2\pi (h_v+d)}\\ B_{2\mathrm{vz}}=0\end{array}\right.---\left(4\right)$由(3)、(4)式可知，由I_v产生的磁通密度仅包含y轴分量，在零序电流测量中，可认定虚拟电流I_v与I_a,I_b,I_c在S₁,S₂处产生磁通密度的y轴分量是相同的，即B_1y＝B_1vy,B_2y＝B_2vy，将(1)、(2)式中的y轴分量替代到(3)、(4)式，可得到I_v与I_a,I_b,I_c之间的关系式(5)；$\left\{\begin{array}{c}{I}_v=\frac{d·[l_1{I}_b+(I_a+I_c)(l_1+l_2)]·[(l_1+d)I_b+(I_a+I_c)(l_1+l_2+d)]}{(l_1+d)(l_1+l_2+d)[l_1{I}_b+(l_1+l_2)(I_a+I_c)]-l_1(l_1+l_2)[(l_1+d)I_b+(I_a+I_c)(l_1+l_2+d)]},\mathrm{when}\mathrm{}{\cos \theta }_{\mathrm{1,2}}\approx 1\\ I_v=\frac{(I_a{{\cos \theta }_i}^2+I_b+I_c{{\cos \theta }_i}^2)·[{{\cos \theta }_i}^2(I_a+I_c)(l_1+d)+I_b(l_1+d{\cos \theta }_i)]}{(l_1+d)(l_1+d{\cos \theta }_i)(I_a{{\cos \theta }_i}^2+I_b+I_c{{\cos \theta }_i}^2)-l_1[{{\cos \theta }_i}^2(I_a+I_c)(l_1+d)+I_b(l_1+d{\cos \theta }_i)]},\mathrm{when}\mathrm{}{l}_1>>l_2,i=1\mathrm{or}2\\ I_v=I_a+I_b+I_c,\mathrm{when}\mathrm{}{\cos \theta }_{\mathrm{1,2}}\approx 1,l_1>>l_2\end{array}\right.---\left(5\right)$假定l₁>>l₂，此外，由于l₁>>w以及l₁+d>>w，则cosθ₁≈cosθ₂；因此，虚拟电流I_v可简化为(6)式；I_v＝f(I_a,I_b,I_c)＝(I_a+I_b+I_c)＝3I₀   (6)(6)式表明，只要得到虚拟电流I_v就可求得零序电流I₀，虚拟电流I_v可由(7)式计算出来，(7)式在式(3)、(4)的基础上得出，其中B_1vy和B_2vy可分别通过磁传感器S₁,S₂测量出来；$I_v=\frac{2\mathrm{\pi d}·B_{1\mathrm{vy}}·B_{2\mathrm{vy}}}{{\mu }_0(B_{1\mathrm{vy}}-B_{2\mathrm{vy}})}---\left(7\right)$。