[發明專利]電力系統瞬態高頻磁場測量方法

無效

• 申請號: 201010159726.1
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101813756A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王澤忠;王炳革;史仰偉;李世瓊
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于電力系統時變磁場測量技術領域，尤其涉及一種電力系統瞬態高頻磁場的測量方法。

背景技術

變電站等存在高電壓、大電流設備的場所，電磁環境非常復雜。不論是從了解和優化電氣設備性能的角度出發，還是從分析電磁環境對人的生理影響的角度考慮，都需要對相關的電磁環境進行準確測量。電磁環境包括電場和磁場兩大方面，需分別根據不同的原理進行測量。

磁場測量是指空間或磁性材料中磁通、磁感應強度(磁通密度)、磁場強度等的測量。空間的磁感應強度與磁場強度成線性關系，因而空間磁場測量的主要測量量是磁感應強度。

恒定磁場的測量較容易，方法也比較多。常用的測量儀器有：力矩磁強計、旋轉線圈磁強計、磁通門磁強計、霍爾效應磁強計、核磁共振磁強計、磁位計，或配合沖擊檢流計進行測量等。

時變磁場的測量通常是根據法拉第電磁感應定律，將磁場測量問題轉變為電量的測量。這一方法需要有一個測量線圈，將其置于待測磁場中，磁場隨時間變化會在線圈中產生感應電動勢e＝-dψ/dt，式中ψ為測量線圈交鏈的磁鏈。若線圈的面積足夠小，則可認為線圈內磁場的分布是均勻的，那么e＝-NSdB/dt，式中N為測量線圈的匝數，S為測量線圈的面積，B為垂直于測量線圈所在平面的磁感應強度分量，B的方向與e的方向滿足右手螺旋關系。

目前基于上述原理主要有兩種測量方法，其一是直接測量感應電動勢，因為感應電動勢與磁鏈的變化率成正比，所以測得的只是磁感應強度對時間的導數，而不是磁感應強度本身，需要另加積分電路，帶來額外的誤差；其二是在測量線圈中串聯采樣電阻，測量采樣電阻上的電壓，此時因測量線圈閉合，滿足方程e+Ri+Ldi/dt＝0，式中，i為測量線圈中的電流，R為采樣電阻的阻值，L為測量線圈的等效電感，由上式可見，采樣電阻上的電壓與磁感應強度既非線性關系，也非導數關系，它們之間的具體關系與參數R、L以及磁場的變化率有關。由此可見，目前基于電磁感應原理測量磁場的方法均不能準確反映空間的磁感應強度。

利用霍爾原理可以測量正弦穩態磁場，但對于瞬態磁場的測量則比較困難，誤差較大。

發明內容

針對上述時變磁場測量方法的不足，本發明提供了一種電力系統瞬態高頻磁場測量方法，其特征在于：

將測量線圈直接閉合，這樣測量線圈中的電流是電感電流，測量線圈中的感應電動勢與測量線圈的等效電感的電壓平衡，其表達式為e+Ldi/dt＝0，將e＝-NSdB/dt代入，可知測量線圈中的電流與磁感應強度成線性關系，因而將該電流作為被測量能準確反映空間的磁感應強度。

為了避免在測量線圈中串入采樣電阻，本發明采用磁耦合的方式，將測量線圈與電流探頭的線圈通過磁環進行磁耦合，測量線圈1閉合并穿過磁環，電流探頭的線圈也穿過磁環。根據磁耦合的原理可知，電流探頭的線圈中的電流與測量線圈中的電流成比例關系。光電轉換器與電流探頭相連，將電量轉換為光信號，通過光纖傳送到處理和存儲設備。

本發明將磁感應強度的測量轉變為電流的測量，能夠準確測量正弦穩態磁場，尤其可以測量瞬態高頻磁場。本發明可以普遍應用于電磁環境中的瞬態高頻磁場的測量，尤其是電力系統的發電廠、變電站等其它存在強磁場的環境。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作詳細說明：

圖1為本發明的原理框圖；

圖2為本發明的測量線圈與電流探頭的線圈通過磁環進行磁耦合的示意圖；

圖3為本發明的測量線圈與高精度電流互感器通過磁環耦合的示意圖。

附圖標記：

1-測量線圈、2-磁環、3-電流探頭的線圈、4-電流探頭、

5-光電轉換器、6-處理和存儲設備、7-高精度電流互感器。

具體實施方式

實施例一

如圖1所示，測量線圈1置于待測磁場中，因磁場隨時間變化，在測量線圈1中產生感應電動勢。若測量線圈1的面積相對待測磁場的分布足夠小，則可認為測量線圈1內的磁場是均勻分布的，測量線圈1交鏈的磁通與磁感應強度成正比。