[发明专利]一种双磁芯测量差分泄漏电流传感器设计方法

说明书

本发明涉及一种双磁芯测量差分泄漏电流传感器设计方法，建立双磁芯测量差分泄漏电流传感器磁感应强度幅值模型；以检测磁场的强度和信噪比SNR为优化目标，建立双磁芯测量差分泄漏电流传感器优化模型；确定满足优化目标的所述双磁芯测量差分泄漏电流传感器磁感应强度幅值模型的解，进而获得双磁芯测量差分泄漏电流传感器的内、外磁芯的几何尺寸。本发明建立了单相绕组进出线差分电流模型，给出了电缆位置、双磁芯尺寸及材料参数、负荷电流、泄漏电流与求解区域内磁感应强度的解析表达式。本发明方法简单直接，能够给出不同电力设备需求下，基于差分测量方式的双磁芯泄漏电流传感器设计方法。

技术领域

本发明电磁测量技术领域，尤其涉及一种双磁芯测量差分泄漏电流传感器设计方法。

背景技术

电网系统中的大型电力设备绝缘可靠性面临老化失效的挑战，因此在投运后还需安装大量传感器实时监测其运行状态。当设备对地绝缘发生明显老化时，一般会产生毫安级别的泄漏电流。目前，基于差分方式的泄漏电流测量是普遍接受的高信噪比、高准确度的技术。该技术主要应用于测量电力设备的单相对地绝缘泄漏电流，即测量单相绕组进线电缆和出线电缆之间的差电流。当绝缘状态良好时，两根电缆上的传导电流即为负荷电流，两者大小相等方向相反，差电流为0；当绝缘发生老化后，两根电缆上的传导电流之差为泄漏电流。根据安培环路定律，传感器内包含的等效电流矢量和为该泄漏电流。基于此，在该传感器磁芯上可将泄漏电流产生的磁场测量出来。

然而，目前广泛应用的泄漏电流传感器通常是单磁芯。该种传感器并不适用于差分测量方式，主要原因是，考虑到两根电缆之间存在绝缘距离，负荷电流产生的合成磁场在磁芯上的空间分布并不均匀，进而影响泄漏电流磁场的检测。对于双磁芯电流传感器，内层磁芯可以很好地过滤掉负荷电流合成磁场的影响，从而提升泄漏电流检测的信噪比。然而，尚未有明确规范的数学推导，给出基于差分测量方式下的传感器尺寸设计方法。换句话说，设计传感器时需考虑到若干实际工程条件，即不同电力设备的电压等级/额定负荷电流、进出线电缆尺寸、泄漏电流量级等因素存在差异性目前，磁场解析计算是基于单根电缆穿过单个圆形磁芯，尚未涉及存在相对位置的双根电缆穿过两个同心双圆磁芯的领域。

尚未有技术方案给出基于差分测量方式下的同心双圆磁芯内磁场分布解析算法，尚未有技术方法给出不同设备用泄漏电流传感器设计指导方法，尚未确立电流激励、几何尺寸、磁芯材料参数与磁环内部磁场的联系。

发明内容

考虑到不同电力设备的电压等级/额定负荷电流、进出线电缆尺寸、泄漏电流量级等因素，提出一种双磁芯测量差分泄漏电流传感器设计方法，基于进线、出线电缆对称放置在同心双圆磁芯内的拓扑结构，建立差分测量方式下双磁芯内部磁场解析模型，完全确立电流激励、几何尺寸、磁芯材料参数与磁环内部磁场的数学联系，进而确定电力设备绝缘泄漏电流传感器各部分的尺寸，完成传感器的设计。

为达到上述目的，本发明提供了一种双磁芯测量差分泄漏电流传感器设计方法，所述双磁芯测量差分泄漏电流传感器包括同轴设置的检测磁芯和过滤磁芯，过滤磁芯设置在内部；同相绕组的进线电缆和出线电缆穿过所述过滤磁芯的内部，沿轴线对称设置；设计流程包括：

建立双磁芯测量差分泄漏电流传感器磁感应强度幅值模型；

以检测磁场的强度和信噪比SNR为优化目标，建立双磁芯测量差分泄漏电流传感器优化模型；

确定满足优化目标的所述双磁芯测量差分泄漏电流传感器磁感应强度幅值模型的解，进而获得双磁芯测量差分泄漏电流传感器的内、外磁芯的几何尺寸。

进一步的，差分泄漏电流传感器磁感应强度幅值模型在时域上表述为：