一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法和系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116009098A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202210969696.3(22)申请日2022.08.12(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号申请人重庆明航电气有限公司(72)发明人李志立杨帆明若彤龚煦原袁永奇杨子康姜慧(74)专利代理机构贵阳中新专利商标事务所52100专利代理师胡绪东(51)Int.Cl.G01V3/08(2006.01)G01V3/38(2006.01)权利要求书5页说明书10页附图9页(54)发明名称一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法和系统(57)摘要本发明公开了一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法和系统，该方法为：采用了基于TMR隧道磁阻传感器结合“圆周铺路法”拓扑结构快速重构方法；其中，该方法能大幅缩小电力系统电流传感器体积，同时有助于实现便利的带电安装；“圆周法”用于检测接地引下线附近接地网支路的整体走向，从而仅需获取试点支路情况便可实现接地网主网导体定位，极大减少接地网定位工序和流程；“铺路法”使用“找节点”的方法高效取代相关研究中“找支路”的方法，利用成对节点确定存在的接地网支路。本发明的整个测量过程操作简易，有效测取数据量减少，大幅减少检测工序，具有极端测试环境下的强抗干扰性。CN116009098ACN116009098A权利要求书1/5页1.一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法，其特征包括以下步骤：步骤1，采用一种基于TMR隧道磁阻传感器的装置测量磁场分布并获取其支路节点动态电流值，进而通过换算间接获取所述测量区域S的磁感应强度，包括垂直于地表面方向的磁感应强度Bz(x,y)以及平行于地表面方向的磁感应强度By(x,y)；步骤2，用圆周法和微分法以及一种基于TMR隧道磁阻传感器的装置探测初始导体：在未知任何接地导体位置的情况下，首先确定测量起始点，选取一根靠近变电站角落或边缘位置处的接地引下线，以该接地引下线为圆心，分别测量以1米和2米为半径的圆周的磁场分布，通过微分法实现导体位置探测，通过圆周法实现导体走向探测；步骤3，对一种基于TMR隧道磁阻传感器的装置测得的磁场分布曲线进行高阶微分，微分曲线对应的峰值点即为导体位置，同时利用高阶微分函数的旁峰特性求取导体埋藏深度；步骤4，用圆周法进行导体走向探测时，选择双圆周测量到的距离最近的两个峰值点成对连接成线，选择两线夹角为近似90°的直线作为两个初始导体，这两条直线分别为x轴和y轴，并以两线交点为原点建立直角坐标系；步骤5，在建立的直角坐标系中沿x轴方向建立观测线，使用一种基于TMR隧道磁阻传感器的装置测量沿线的磁场分量，通过步骤3所描述的一种基于TMR隧道磁阻传感器的装置探测原理，根据x轴观测线微分后的峰值位置确定纵向导体分布，并选取1‑3组远离x轴且平行于x轴的直线进行验证测量；步骤6，在确定接地网拓扑中平行于步骤4建立的直角坐标系y轴的部分之后，在直角坐标系的y轴方向重复步骤5，得到接地网拓扑结构中的平行于x轴的部分，确定横向导体分布，从而得出整个接地网粗略拓扑结构；步骤7，细化接地网粗略拓扑结构；步骤8，根据成对节点位置确定接地网拓扑结构图。2.根据权利要求1所述的一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，所述步骤1中获取其支路节点动态电流值具体测量换算公式如下：①建立磁场与电流关系，根据比奥‑萨法尔定律载流导线在空间产生磁场表示：②假设长直导线内部流电流I，空间中某点P与导线CD的距离为r0，P点与长直导线两端的连线与导线夹角分别为θ1和θ2，P点磁场表示为：由TMR传感器的特性知，在设定磁场强度范围内，TMR传感器的输出电压与周围磁场大小成线性关系，当导体内部流过电流I时，根据右手螺旋定则，导线周围将产生螺旋线状的磁场，磁场大小正比于导体内部电流大小；③而TMR传感器内部的桥式结构的输出电压与隧穿磁阻原件的阻值呈线性关系，所以2CN116009098A权利要求书2/5页导体电流变化引起的外界磁场变化进而引起的的隧穿磁阻元件的电阻变化会线性影响TMR桥式结构的输出电压值，因此TMR隧穿磁阻传感器测得相应导体的电流。3.根据权利要求2所述的一种基于TMR隧道磁阻传感器的接地网拓扑结构快速重构方法，其特征在于，所述步骤3中，高阶微分的步骤为：根据安培环路定理，载流导体在P点产生的平行于地面的磁感应强度By(y)为：其中，h表示接地网支路埋藏深度，y表示p点到接地导体的水平距离，L1表示一导体长度，L2表示另一导体长度，μ表示磁导率，I表示导体注入电流；求取By(y)的二阶、四阶微分，同时忽略高阶微分函数|By(y)|、和存在主