[發明專利]一種電磁場傳感器、設計方法、故障測距裝置及定位方法

在審

• 申請號: 202011028791.0
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112415277A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉勇村;儀登富;洪云;陳澤;陳浩鑫
• 申請（專利權）人: 廣州長川科技有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R31/08;G01R31/11
• 代理公司: 廣州市時代知識產權代理事務所(普通合伙) 44438
• 代理人: 楊樹民

本發明屬于電網故障測距技術領域，公開了一種電磁場傳感器、設計方法、故障測距裝置及定位方法，對阿基米德螺旋天線的螺旋增長率參數進行計算；確定螺旋外徑、螺旋線內徑及周長；計算線經寬度和螺距寬度；利用設計的電磁場傳感器記錄采樣到的電磁場信號；電場傳感器、磁場傳感器接收的信號超過閾值時，記錄下當前觸發時刻t1、t2、t3、t4；計算行波信號所述、電纜故障點定位位置；將計算結果上傳至后臺，并進行報警。本發明解決了傳統的在線故障測距裝置在高壓輸電線路中的取電難題，本發明不采用取電CT供電，采用蓄電池+光伏板的形式供電，保證了供電的可持續性。

技術領域

本發明屬于電網故障測距技術領域，尤其涉及一種電磁場傳感器、設計方法、故障測距裝置及定位方法。

背景技術

目前，隨著電網規模的不斷擴大，輸電線路傳輸功率和電壓等級的不斷提高，用戶對電網安全的要求也越來越高，使得精確故障定位成為快速排除故障、提高系統暫態穩定性的重要保證。行波法故障測距技術已成為輸電線路快速故障定位的主流技術。

行波信號的檢測準確度直接影響行波定位的準確性和行波保護的可靠性，目前現有的行波監測技術多為采用電壓互感器或電流互感器原理對輸電線路行波信號進行檢測，這些檢測手段都需要與輸電線路一次設備進行直接接觸，對輸電線路的安全運行造成一定的隱患，難以滿足行波技術的應用需求。

現有技術中，行波信號有多種不同的提取方式，電流行波信號可以直接從電流互感器(羅氏線圈電流互感器)二次側提取，但在低負荷熱備用線路和終端線路故障時，采用取電CT供電的行波故障監測裝置無法有效檢測電流行波信號，并且檢測每條出線的電流信號，增大了設備投入；電流行波信號一般從電壓互感器二次側提取電壓行波信號，也可以在CVT地線上套接電壓行波傳感器檢測電壓行波；這些在線檢測行波信號的方法都必須與電力系統一次設備直接接觸，造成了施工上的不便，同時也容易受到一次設備的干擾，存在一定的缺點。

輸電線路正常運行時，線路周圍檢測到的電磁場信號也是正常的。當輸電線路故障時，故障點會產生故障行波，行波在傳輸過程中會導致輸電線路電壓、電流發生變化，線路周圍檢測到的電磁場將實時地反映出線路中電流的變化情況，因此通過檢測電磁場信號可獲得線路行波信號的各種特征信息，而電磁場信號在空間中是以電磁波的形式存在。

當輸電線路發生故障時，輸電線路故障電磁場信號一般分布在300MHz～3GHz，因此若設計出一款可以接收頻段在300MHz～3GHz以內的天線即可實現輸電線路故障行波信號的檢測。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

傳統的輸電線路故障測距裝置一般采用取電CT以電磁感應原理在輸電線路上進行取電，以保證輸電線路故障測距裝置的具有穩定的電源，但是當輸電線路負荷電流較小時，取電CT不能取得穩定的電源，無法保證故障測距裝置的穩定運行。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種電磁場傳感器、設計方法、故障測距裝置及定位方法。

本發明是這樣實現的，一種用于行波信號檢測的電磁場傳感器設計方法，包括：

利用阿基米德螺旋天線的方程對阿基米德螺旋天線的螺旋增長率參數進行計算；

確定所述阿基米德螺旋天線的螺旋外徑D、螺旋線內徑及周長C；

計算所述阿基米德螺旋天線的線經寬度和螺距寬度。

進一步，所述阿基米德螺旋天線的方程為：

式中：r為曲線上任意一點到極坐標原點的距離，為方位角，為起始角，r₀為螺旋線起始點到原點距離，a為螺旋增長率；

參數a的計算公式為其中r是阿基米德天線結構上任意一點到坐標原點的距離。