应用磁阻感知的接地电流状态监测方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种应用磁阻感知的接地电流状态监测装置、方法及存储介质，利用隧穿磁阻传感器实现接地线通过电流的高精度测量，利用感知的电流信号的频谱成分、电流数值，以数字信号分析方式评估电力设备接地等异常状态，异常评估结果通过唤醒LoRa无线数据传输模块，将信息传输到配电室或周围的智能配电终端，支持配电故障自动化应用，配电设备故障告警信息也会通过配电物联网系统传输到电网监测中心，远程监测配电室/变电站中变压器、电抗器、高压套管等的运行状态，有效预防电力设备接地故障，提升智能化无人变电站安全运行水平。

【技术实现步骤摘要】
应用磁阻感知的接地电流状态监测方法、装置及存储介质
本专利技术属于传感器
，尤其涉及应用磁阻感知的接地电流状态监测方法、装置及存储介质。
技术介绍
接地电流是许多电力设备重要的运行状态指标，例如变压器的铁芯接地电流，反映的是变压器在运行中铁芯的接地问题。在正常情况下，接地电流为几毫安到几十毫安之间。然而，若铁芯出现多点接地故障，将出现几十安培的电流流过铁芯，导致铁芯局部过热，影响电网的正常供电。当前接地电流监测装置通常存在以下问题：1)传感器故障率高，据统计，全国变压器在线监测装置的故障中，有一半以上的故障为传感器故障；2)传感系统寿命短，由于传感装置需要长期工作在户外环境中，需要采用电池对其进行供电，其寿命很大程度上取决于所选用电池的寿命(通常在连续工作状态下，小于两年)；3)有效性差，传统监测装置采用钳形互感器，易受电力变压器附近恶劣电磁环境的影响而产生误报；4)元器件过多，传统的监测装置，采用设置多个传感器直接获得电流信号，需要用到的传感器过多，设备体积重量较大，安装不方便；5)设备经济性差，当前铁芯接地电流监测装置市场售价为2-5万元一套，相对变压器设备价格经济性较差，因此导致变压器铁芯电流检测装置覆盖率低(仅为0.34％)；5)数据传输通讯难度大，电力变压器设备附近电磁环境恶劣，采用485总线、无线等通讯方式传输成功率较低；配电室、变电站等根据供电需求分布，相对监控中心距离远、位置分散，需要考虑到无人值守智能化变电站的通信需求。另一方面，当前接地电流的测量存在着传感器故障率高、装置运行寿命短、测量准确性不足、设备经济性差等一些问题，这些问题影响着接地电流传感装置的应用。
技术实现思路
基于此，本专利通过采用新型的磁阻传感器技术、基于信号处理与分析的运行状态分析与异常评估技术，结合一体化的结构设计，将传感器、信息处理与分析、供电单元等集成在一起，减少单元分立增加的传输、电磁干扰等影响风险，并且在高集成度下的装置设计，便于电磁屏蔽、机械稳定性的提升，提升系统的可靠性，解决目前接地电流传感器设备测量中存在的上述问题。本专利技术一方面的实施例提供一种应用磁阻感知的接地电流状态监测方法，包括将获取的接地线中的采样信号进行量化处理，得到采样信号的实时波形数据，所述实时波形数据包括采样信号的基波和/或谐波的有效值、峰值和实时波形；根据实时波形数据，按照预设电流关系模型，计算出接地导线的电流信号；根据得出的电流信号计算电流信号的有效值；所述有效值包括电流信号的有效值、基波有效值和各次谐波的有效值，并将得出的电流有效值与预设电流阈值进行比较；若超过预设电流阈值，且采集的电流信号中包含高于2次谐波的成分，则评估为是发生局部放电级别的接地故障；根据接地故障的放电级别匹配预设处理方案，进行故障处理。在本申请提供的应用磁阻感知的接地电流状态监测方法中，利用隧穿磁阻传感器实现接地线通过电流的高精度测量，利用感知的电流信号的频谱成分、电流数值，以数字信号分析方式评估电力设备接地等异常状态，异常评估结果通过唤醒LoRa无线数据传输模块，将信息传输到配电室或周围的智能配电终端，支持配电故障自动化应用，配电设备故障告警信息也会通过配电物联网系统传输到电网监测中心，远程监测配电室/变电站中变压器、电抗器、高压套管等的运行状态，有效预防电力设备接地故障，提升智能化无人变电站安全运行水平。优选的，所述预设电流关系模型包括以接地导线表面选取一几何中心为原点构建三维直角坐标系，利用坐标系中X轴磁场强度分量构建X轴磁场分量与被测接地导线的电流关系模型，利用构建的电流关系模型，计算待测的接地导线电流。进一步，在X轴磁场分量与被测接地导线的电流关系模型中，按照如下公式计算待测的接地导线电流：其中，Bx为X轴方向的磁场分量，接地导线长度为2a，L为母排的宽度，I为待测的接地导线电流，d为磁阻传感器距离导线最近表面的垂直距离，b为导线的直径，(x1,y1,z1)表示磁阻传感器三维直角坐标系中的坐标，μ0为真空磁导率。在本实施例中，利用磁阻传感器进行信号采集，利用MCU计算模块对采集的信号进行处理，利用X轴磁场分量与被测接地导线的电流关系模型对采集的信号还原为接地导线中的电流信号，通过对该电流信号进行分析判断变压器是否故障，磁传感器灵敏度高、线性度好、动态范围大、频率响应快和温度稳定性好，只依靠模型计算即可将采集的信号变换为接地导线中的电流信号，无需设置其余传感器，电路结构简单，轻便，便于在接地导线中安装。本专利技术还提供一种应用磁阻感知的接地电流状态监测装置，用于实施上述监测方法，包括：磁阻传感器模块、模拟信号采集模块、MCU计算模块；还包括自取供电模块，所述自取供电模块用于将通过耦合感应获取的电能提供给其他模块供电，包括感应线圈、导磁硅钢片上、整流电路和超级电容；所述感应线圈缠绕在导磁硅钢片上，用于通过耦合感应的方式获取电流信号；所述整流电路用于将接收到的电流信号进行整流后输出直流电流，给超级电容充电；所述超级电容用于将充好的电能释放至其他模块。在本实施例中利用感应线圈绕制在导磁硅钢片上，产生的感应电流经过整流电路后存储在超级电容中，作为装置的供电单元，节能环保，无需额外设置有源器件，结构简单，便于实施。进一步磁阻传感器单元采用高灵敏度的推挽式电连接结构，沿自由层磁化方向连接成推磁电阻串和挽磁电阻串。还包括LoRa通信模块；所述LoRa通信模块，按照定时或者在判断为异常状态时被唤醒，并低功耗运行，按照LoRa无线通讯协议进行信息打包、传输；将匹配的处理方案发送给智能配变网关，经网关将变压器的状态信息与异常信息传输到配电监测中心，远程监测电力设备的运行状态。在本实施例中采用LoRa通信模块进行无线通信传输，传输距离远，功耗低，节省了额外中继的成本，便于组网。在上述任意一项实施例中优选的，还包括设置在磁阻传感器模块和模拟信号采集模块之间的电压信号调理模块；所述电压信号调理模块用于对磁阻传感器模块获取的采样信号进行滤波、放大。在本实施例中通过电压信号调理模块，先进行信号的预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度，利用前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、通过处理后形成滤除掉大部分噪声的待检测电压信号，有利于模拟信号采集模块进行信号捕捉，方便模拟信号采集模块以及MCU计算模块对采集的信号进行高精度处理。在上述任意一项实施例中优选的，还包括电磁屏蔽外壳，所述电磁屏蔽外壳内部通过电泳工艺涂覆形成特定铜金属层，所述特定铜金属层接地，用于屏蔽现场复杂电场干扰信号和高频电磁波干扰信号。进一步，所述屏蔽外壳包括将接地导线固定在中央的上部和下部；所述导磁硅钢片呈环状排布在屏蔽外壳的上部和下部，所述上部和下部扣合后导磁硅钢片形成闭合环。在本实施例中封闭的装置外壳，为多聚合物材料，具有好的机械性能、热稳定性、阻燃性能。外壳内部通过电泳工艺涂覆形成特定铜金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用磁阻感知的接地电流状态监测方法，其特征在于，包括：/n将获取的接地线中的采样信号进行量化处理，得到采样信号的实时波形数据，所述实时波形数据包括采样信号的基波和/或谐波的有效值、峰值和实时波形；/n根据实时波形数据，按照预设电流关系模型，计算出接地导线的电流信号；/n根据得出的电流信号计算电流信号的有效值；所述有效值包括电流信号的有效值、基波有效值和各次谐波的有效值，并将得出的电流有效值与预设电流阈值进行比较；/n若超过预设电流阈值，且采集的电流信号中包含高于2次谐波的成分，则评估为是发生局部放电级别的接地故障；/n根据接地故障的放电级别匹配预设处理方案，进行故障处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用磁阻感知的接地电流状态监测方法，其特征在于，包括：
将获取的接地线中的采样信号进行量化处理，得到采样信号的实时波形数据，所述实时波形数据包括采样信号的基波和/或谐波的有效值、峰值和实时波形；
根据实时波形数据，按照预设电流关系模型，计算出接地导线的电流信号；
根据得出的电流信号计算电流信号的有效值；所述有效值包括电流信号的有效值、基波有效值和各次谐波的有效值，并将得出的电流有效值与预设电流阈值进行比较；
若超过预设电流阈值，且采集的电流信号中包含高于2次谐波的成分，则评估为是发生局部放电级别的接地故障；
根据接地故障的放电级别匹配预设处理方案，进行故障处理。


2.根据权利要求1所述的应用磁阻感知的接地电流状态监测方法，其特征在于，所述预设电流关系模型包括以接地导线表面选取一几何中心为原点构建三维直角坐标系，利用坐标系中切平面且垂直于导线的X轴磁场强度分量构建X轴磁场分量与被测接地导线的电流关系模型，利用构建的电流关系模型，计算待测的接地导线电流。


3.根据权利要求2所述的应用磁阻感知的接地电流状态监测方法，其特征在于，在X轴磁场分量与被测接地导线的电流关系模型中，按照如下公式计算待测的接地导线电流：



其中，Bx为X轴方向的磁场分量，接地导线长度为2a，L为母排的宽度，I为待测的接地导线电流，d为磁阻传感器距离导线最近表面的垂直距离，b为导线的直径，(x1,y1,z1)表示磁阻传感器三维直角坐标系中的坐标，μ0为真空磁导率。


4.一种应用磁阻感知的接地电流状态监测装置，用于实施上述权利要求1-3中任意一项所述的监测方法，包括：磁阻传感器模块、模拟信号采集模块、MCU计算模块；其特征在于，
还包括自取供电模块，所述自取供电模块用于将通过耦合感应获取的电能提供给其他模块供电，包括感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷煜卿，仝杰，张树华，王兰若，李荡，张明皓，宋睿，焦飞，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网安徽省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11