[发明专利]用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线电流及磁传感器安装偏角的方法

说明书

本发明涉及一种用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线电流及磁传感器安装偏角的方法，属于电流测量方法技术领域。技术方案是：采用4个磁传感器，在三芯电力电缆表面测量磁感应强度的切向分量，其中3个磁传感器呈正三角形排列，另1个磁传感器与其他3个磁传感器中的一个关于正三角形内心呈中心对称；采用最优化方法求解非线性方程组，根据磁传感器的测得值以及三芯电力电缆的设计参数，得到三芯电力电缆各芯线的电流以及磁传感器的安装角度与该电缆内部相应芯线的偏角。本发明的有益效果是：解决了在实际工程中三芯电力电缆中各芯线电流难以测量和磁传感器的安装角度与电缆芯之线间的偏角难以确定的问题。

技术领域

本发明涉及一种用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线电流及磁传感器安装偏角的方法，属于电流测量方法技术领域。

背景技术

电力电缆输电一般用于不宜采用架空线输电的场合。随着经济和社会的快速发展，利用电力电缆输电扩展迅速，电力电缆用量急剧增加，其能否安全稳定运行，已成为关系电网安全的主要因素之一。在电网实际运行过程中，电力电缆发生故障的概率显著低于传统的架空输电线路。但随着电力电缆数量的增加和其运行时间的增长，其故障率也会增加。为了保障电力系统的安全稳定运行，需要对电力电缆运行状态进行监测，以准确地掌握电力电缆运行过程中电流的变化情况。

中低压电力电缆即所谓三芯电力电缆，普遍采用三合一的设计，即三根芯线使用同一个屏蔽层和外壳。由于稳态运行时，三芯电力电缆中三根芯线的电流即三相系统的电流之和为零，故以传统的电磁感应法（电流互感器），无法对该类型电缆的电流进行监测。

近年来，随着磁测量技术的发展，为电缆电流的测量带来机遇，考虑借助磁传感器测量电力电缆表面磁场的变化，进而实现对电力电缆各芯线电流的实时监测。最新文献反映出，已建立有三芯电力电缆各芯线电流与该电缆表面磁场之间关系的物理数学模型。在具体测量过程中，需要做到磁传感器与电力电缆各芯线的对准又称准直；或者，要确定磁传感器的安装角度与电力电缆各芯线之间的偏角，以准确测量三芯电力电缆各芯线的电流。但三芯电力电缆的三根芯线一般由共同的屏蔽保护层包裹，目前尚未有比较好的方法实现磁传感器与电力电缆各芯线的准直，如何确定磁传感器的安装角度与电缆芯之线间的偏角，也未见有专门研究的报道。

发明内容

本发明目的是提供一种用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线电流及磁传感器安装偏角的方法，通过在三芯电力电缆表面测量磁场信息，可以测得三芯电缆中各芯线电流的大小及变化，并可确定磁传感器与该电缆相应芯线的偏角，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线电流及磁传感器安装偏角的方法，采用4个磁传感器，在三芯电力电缆表面测量磁感应强度的切向分量，其中3个磁传感器呈正三角形排列，另1个磁传感器与其它3个磁传感器中的一个关于正三角形内心呈中心对称；依据安培环路定理，确定单根芯线电流对电缆表面磁感应强度切向分量的贡献；采用最优化方法求解非线性方程组，根据磁传感器的测得值以及三芯电力电缆的设计参数，得到三芯电力电缆各芯线的电流以及磁传感器的安装角度与该电缆内部相应芯线的偏角，实现对三芯电力电缆各芯线电流的测量以及磁传感器安装偏角的确定。

所述4个磁传感器，通过机械结构，使其中3个磁传感器呈正三角形排列，另1个磁传感器与其它3个传感器中的1个关于正三角形内心呈中心对称。

以电流源为圆心（A、B、C三相电流），电缆表面磁传感器和电流源的连线作为半径的圆，确定为单个电流源产生磁场的等位面；依据安培环路定理，确定单根芯线电流在电缆外表面磁传感器处沿电缆轴向圆周所产生的磁感应强度的切向分量；通过向量运算，确定3根芯线电流在电缆外表面磁传感器处沿电缆轴向圆周所产生的磁感应强度的切向分量。