一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法及装置，通过在三芯电缆外表面布置夹角为

【技术实现步骤摘要】
一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法及装置


[0001]本专利技术是一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法及装置，涉及电缆非侵入式电流测量

。

技术介绍

[0002]在电网的中低压输供电领域，由于架空线路铺设占地面积大，且电磁辐射强等原因，而改用三芯电缆进行三相输电
。
三芯电缆常铺设于管道，沟槽中，具有单位成本低
、
占地面积小
、
电磁辐射小等优势
。
大规模的电缆铺设增加了电网管理以及运行维护的复杂性，在故障情况下难以对故障点准确定位
。
因此为了保障电力安全传输，提高电网可靠性，有必要对电缆电流进行实时监测，以获取输电负载以及对突发故障进行定位
。
[0003]近年来，随着基于磁电阻效应制成的隧道磁电阻
(TMR)
传感器的不断发展，传感器的功耗降低
、
体积变小
、
分辨率提高，因而正逐渐代替传统测量装置，如分流电阻
、
电流互感器
、
罗氏线圈等
。
通过将
TMR
传感器布置在电网各处，并结合相应算法，可实现对电力系统参数的多点实时在线监测
。
[0004]考虑到三芯电缆在实际运行时的情况复杂，利用传统测量技术显然无法准确测量到各芯线的电流，而具有高精度的磁阻传感器
(AMR、GMR、TMR
传感器
)
结合一定算法能够实现对各个缆芯的电流进行测量计算
。
但是在对三芯电缆的测量过程中，不仅传感器与缆芯的距离未知，电缆内部的状态信息也是未知量
。
因为长时间的输供电，电缆受温度影响会发生横向膨胀及纵向伸长，此时缆芯的位置会发生变化，传感器与缆芯的距离也由此发生改变
。
因而在多方面因素的影响下，使用
TMR
传感器进行电缆电流的测量计算误差较大
。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术不足，本专利技术提供了一种基于隧道磁电阻
(TMR)
传感器在线确定三芯电缆缆芯的偏角并重建各相电流值的计算方法
。
本专利技术在电缆在线运行时即可进行缆芯方位定位及电流测量，无需断电，操作方便，且有效减小了缆芯独立偏角对三芯电缆各相电流的测量计算误差
。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法及装置，布置六个单轴隧道磁电阻
(TMR)
传感器于三芯电缆外表面，传感器之间的夹角为
60
°
。
其次根据毕奥
‑
萨法尔定律建立六个传感器测得的磁场值与待测三芯电缆电流之间的数学模型，并建立存在独立偏角下的三芯电缆缆芯的新旧坐标关系；接着，根据已知的电缆几何参数，求解非线性方程组，得出三芯电缆各相电流值及各缆芯的独立偏角值；最后，剔除偏角异常值，对已求得的各缆芯偏角求平均值即得近似的各个缆芯独立偏角值，将各个缆芯的独立偏角值与初始缆芯偏角相加，即可得出缆芯方位
。
[0008]一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
[0009]步骤1：布置六个单轴隧道磁电阻
(TMR)
传感器于三芯电缆外表面，其中三芯电缆
外表面的传感器以逆时针顺序依次编号为
S1
，
S2
，
S3
，
S4
，
S5
，
S6。
传感器编号
S1
可以从六个传感器中的任意一个开始而不影响计算结果
。
以三芯电缆中心为原点，使
y
轴过编号为
S1
的传感器建立坐标系，规定编号为
S1
至
S6
的传感器坐标变量用大写的
X,Y
表示，三芯电缆的缆芯坐标变量用小写的
x,y
表示；
[0010]步骤2：根据毕奥
‑
萨法尔定律推导出的无限长直导线数学模型，建立六个传感器所在点与三个缆芯之间的磁场
‑
电流数学模型，并将每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量，传感器敏感轴方向应与传感器所在圆相切，六个传感器与三个缆芯之间的磁场
‑
电流数学模型如下：
[0011][0012]式中，
H
i
为传感器
Si
位置处的磁场强度；
I
j
为三个缆芯的电流值；
(X
i
，
Y
i
)
为传感器的坐标；
(x
j
，
y
j
)
为缆芯的坐标；为磁场强度方向的单位基矢量
。
[0013]每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量是基于如下数学关系：
[0014][0015][0016][0017]式中，
H
ti
为传感器
Si
位置处的沿传感器敏感轴方向的磁场强度；分别为传感器
Si
位置处的
x
，
y
轴磁场强度分量；
φ
为传感器
Si
位置处的圆心角；
I
j
为三个缆芯的电流值；
(X
i
，
Y
i
)
为传感器的坐标；
(x
j
，
y
j
)
为缆芯的坐标
。
[0018]步骤3：基于旋转坐标变换，建立传感器
S1
的坐标与剩余传感器坐标的数学关系式；建立缆芯
C1
的坐标与剩余缆芯坐标的数学关系式，并建立三个缆芯存在独立偏角
φ1，
φ2，
φ3时，缆芯的初始坐标与缆芯新坐标的数学关系式
。
缆芯独立偏角
φ1，
φ2，
φ3指的是包含了传感器安装偏角以及三芯电缆缆芯之间夹角偏离理想值
120
°
的差值
。
传感器和缆芯的旋转坐标变换分别为：
[0019]Si:
[0020]Cj:
[0021]式中，
(X1，
Y1)
为传感器
S1
的坐标；
(x1，
y1)
为缆芯
C1
的坐标；
(X
i
，
Y
i
)
为除
S1
以外其他传感器的坐标；
(x
j
，
y
j
)<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：布置六个单轴隧道磁电阻
(TMR)
传感器于三芯电缆外表面，其中三芯电缆外表面的传感器以逆时针顺序依次编号为
S1
，
S2
，
S3
，
S4
，
S5
，
S6
，以三芯电缆中心为原点，使
y
轴过编号为
S1
的传感器建立坐标系；步骤2：根据毕奥
‑
萨法尔定律推导出的无限长直导线数学模型，建立六个传感器所在点与三个缆芯之间的磁场
‑
电流数学模型，并将每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量；步骤3：基于旋转坐标变换，建立传感器
S1
的坐标与剩余传感器坐标的数学关系式；建立缆芯
C1
的坐标与剩余缆芯坐标的数学关系式，并建立三个缆芯存在独立偏角
φ1，
φ2，
φ3时，缆芯的初始坐标与缆芯新坐标的数学关系式；步骤4：设置传感器
S1
的初始坐标
、
缆芯
C1
的初始坐标；设置三个缆芯的初始偏角，经由旋转坐标变换，即可得到传感器
S2
～
S6
的初始坐标
、
缆芯
C2、C3
的初始坐标；步骤5：使用
TMR
传感器进行采样，获得各个时刻下传感器敏感轴方向的磁场强度后，采用非线性方程组的迭代法对以上建立的数学模型进行求解，在对所有采样的结果完成计算后，可以获取各个时刻下的电流值以及三个缆芯的独立偏角值；步骤6：取用所有计算得到的缆芯独立偏角值，剔除偏角异常值；最后对剩余结果取平均即可得到各个缆芯近似的独立偏角值，使用初始偏角加上计算出的缆芯独立偏角值即可确定缆芯的方位
。2.
根据权利要求1所述的三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于：步骤1所述的六个
TMR
传感器应位于同一圆周且传感器之间的夹角为
60
°
。3.
根据权利要求1所述的三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于：步骤2所述的传感器敏感轴方向传感器所在圆相切；步骤2所述的六个传感器与三个缆芯之间的磁场
‑
电流数学模型如下：式中，
H
i
为传感器
Si
位置处的磁场强度；
I
j
为三个缆芯的电流值；
(X
i
，
Y
i
)
为传感器的坐标；
(x
j
，
y
j
)
为缆芯的坐标；为磁场强度方向的单位基矢量
。4.
根据权利要求1所述的三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于：步骤2所述的每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量是基于如下数学关系：述的每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量是基于如下数学关系：述的每个传感器点处的磁场强度转为传感器敏感轴方向的分量是基于如下数学关系：式中，
H
ti
为传感器
Si
位置处的沿传感器敏感轴方向的磁场强度；分别为传感器
Si
位置处的
x
，
y
轴磁场强度分量；
φ
为传感器
Si
位置处的圆心角；
I
j
为三个缆芯的电流
值；
(X
i
，
Y
i
)
为传感器的坐标；
(x
j
，
y
j
)
为缆芯的坐标
。5.
根据权利要求1所述的三芯电缆缆芯方位及电流的测量方法，其特征在于：步骤3所述的传感器和缆芯的旋转坐标变换分别为：述的传感器和缆芯的旋转坐标变换分别为：式中，
(X1，
Y1)
为传感器
S1
的坐标；
(x1，
y1)

【专利技术属性】
技术研发人员：杨剑，顾英杰，周子意，司文荣，傅晨钊，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：