专利名称：电力系统瞬态高频磁场测量方法
技术领域：
本发明属于电力系统时变磁场测量技术领域，尤其涉及一种电力系统瞬态高频磁 场的测量方法。
背景技术：
变电站等存在高电压、大电流设备的场所，电磁环境非常复杂。不论是从了解和优 化电气设备性能的角度出发，还是从分析电磁环境对人的生理影响的角度考虑，都需要对 相关的电磁环境进行准确测量。电磁环境包括电场和磁场两大方面，需分别根据不同的原 理进行测量。磁场测量是指空间或磁性材料中磁通、磁感应强度(磁通密度)、磁场强度等的测 量。空间的磁感应强度与磁场强度成线性关系，因而空间磁场测量的主要测量量是磁感应 强度。恒定磁场的测量较容易，方法也比较多。常用的测量仪器有力矩磁强计、旋转线 圈磁强计、磁通门磁强计、霍尔效应磁强计、核磁共振磁强计、磁位计，或配合冲击检流计进 行测量等。时变磁场的测量通常是根据法拉第电磁感应定律，将磁场测量问题转变为电量的 测量。这一方法需要有一个测量线圈，将其置于待测磁场中，磁场随时间变化会在线圈中产 生感应电动势e = -dur/dt，式中Ψ为测量线圈交链的磁链。若线圈的面积足够小，则可认 为线圈内磁场的分布是均勻的，那么e = -NSdB/dt，式中N为测量线圈的匝数，S为测量线 圈的面积，B为垂直于测量线圈所在平面的磁感应强度分量，B的方向与e的方向满足右手 螺旋关系。目前基于上述原理主要有两种测量方法，其一是直接测量感应电动势，因为感应 电动势与磁链的变化率成正比，所以测得的只是磁感应强度对时间的导数，而不是磁感应 强度本身，需要另加积分电路，带来额外的误差；其二是在测量线圈中串联采样电阻，测量 采样电阻上的电压，此时因测量线圈闭合，满足方程e+Ri+Ldi/dt = 0，式中，i为测量线圈 中的电流，R为采样电阻的阻值，L为测量线圈的等效电感，由上式可见，采样电阻上的电压 与磁感应强度既非线性关系，也非导数关系，它们之间的具体关系与参数R、L以及磁场的 变化率有关。由此可见，目前基于电磁感应原理测量磁场的方法均不能准确反映空间的磁 感应强度。利用霍尔原理可以测量正弦稳态磁场，但对于瞬态磁场的测量则比较困难，误差 较大。

发明内容
针对上述时变磁场测量方法的不足，本发明提供了一种电力系统瞬态高频磁场测 量方法，其特征在于将测量线圈直接闭合，这样测量线圈中的电流是电感电流，测量线圈中的感应电动势与测量线圈的等效电感的电压平衡，其表达式为e+Ldi/dt = 0，将e = -NSdB/dt代入， 可知测量线圈中的电流与磁感应强度成线性关系，因而将该电流作为被测量能准确反映空 间的磁感应强度。为了避免在测量线圈中串入采样电阻，本发明采用磁耦合的方式，将测量线圈与电流探头的线圈通过磁环进行磁耦合，测量线圈1闭合并穿过磁环，电流探头的线圈也穿 过磁环。根据磁耦合的原理可知，电流探头的线圈中的电流与测量线圈中的电流成比例关 系。光电转换器与电流探头相连，将电量转换为光信号，通过光纤传送到处理和存储设备。本发明将磁感应强度的测量转变为电流的测量，能够准确测量正弦稳态磁场，尤其可以测量瞬态高频磁场。本发明可以普遍应用于电磁环境中的瞬态高频磁场的测量，尤 其是电力系统的发电厂、变电站等其它存在强磁场的环境。


下面结合附图对本发明作详细说明图1为本发明的原理框图；图2为本发明的测量线圈与电流探头的线圈通过磁环进行磁耦合的示意图；图3为本发明的测量线圈与高精度电流互感器通过磁环耦合的示意图。附图标记1-测量线圈、2-磁环、3-电流探头的线圈、4-电流探头、5-光电转换器、6-处理和存储设备、7-高精度电流互感器。
具体实施例方式实施例一如图1所示，测量线圈1置于待测磁场中，因磁场随时间变化，在测量线圈1中产 生感应电动势。若测量线圈1的面积相对待测磁场的分布足够小，则可认为测量线圈1内 的磁场是均勻分布的，测量线圈1交链的磁通与磁感应强度成正比。测量线圈1闭合并穿过磁环2，测量线圈1中的感应电动势与测量线圈1的等效电 感的电压平衡，因而可知磁感应强度与测量线圈1中的电流成线性关系。电流探头4的线 圈3也穿过磁环2，如图2所示。根据磁耦合原理，可知线圈3的电流与测量线圈1的电流 成线性关系，因而可得线圈3的电流与磁感应强度成线性关系。光电转换器5与电流探头 4相连，并将电量转换为光信号，通过光纤传送到处理和存储设备6。处理和存储设备6首 先要将光信号转换为数字量，对测得的数据进行保存和计算，通过人机交互界面显示测量 结果。因为磁感应强度是矢量，所以测量电磁环境的磁场时，每一点都应该按照直角坐标系 测量三个分量，才能合成得到该点的磁感应强度的大小和方向。磁感应强度除以真空的磁 导率即得到该点的磁场强度。实施例二如图3所示，测量线圈1置于待测磁场中，磁环2穿过测量线圈1，高精度电流互感 器7实现了图1中线圈3、电流探头4、光电转换器5、处理和存储设备6的功能，磁环2也是 高精度电流互感器7的组成部分。
具体实施方式
可以归纳为测量线圈1穿过磁环2，并且测量线圈1直接闭合。将测量线圈1置于待测磁场中，测量线圈1中会产生感应电流，该感应电流与垂直于测量线圈1包围平面的磁感应强度B的分量成线性关系。用高精度电流互感器7测得测量线圈1中 的感应电流，从而可测得与测量线圈1包围平面垂直的磁感应强度B的分量。测量电磁环 境的磁场时，每一点都应该按照直角坐标系测量三个分量，才能合成得到该点的磁感应强 度的大小和方向。磁感应强度除以真空的磁导率即得到该点的磁场强度。
权利要求
一种电力系统瞬态高频磁场的测量方法，该方法基于电磁感应原理，其特征在于，测量线圈(1)闭合并穿过磁环(2)，电流探头(4)的线圈(3)也穿过磁环(2)，光电转换器(5)与电流探头(4)相连，将电量转换为光信号，并通过光纤与处理和存储设备(6)相连。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量线圈(1)的面积相对待测磁场的分 布足够小。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁环(2)、电流探头(4)的线圈(3)、电 流探头(4)、光电转换器(5)、处理和存储设备(6)的功能，可整合由高精度电流互感器(7) 实现。
全文摘要
本发明提出了一种电力系统瞬态高频磁场的测量方法，该方法将测量线圈直接闭合，使测量线圈中的电流与磁感应强度成线性关系；将测量线圈与电流探头的线圈通过磁环进行磁耦合；本发明所提出的方法不仅可以测量正弦稳态磁场，尤其可以测量瞬态高频磁场，可以普遍应用于电磁环境中的瞬态高频磁场的测量，尤其是电力系统的发电厂、变电站等存在强磁场的环境。空间磁场的准确测量既为电气设备的运行和设计提供可靠的数据，也为评价电磁环境提供依据。
文档编号G01R33/02GK101813756SQ20101015972
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者史仰伟, 李世琼, 王泽忠, 王炳革 申请人:华北电力大学