CN106055757A - 基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，步骤1，建立保护测控装置的交流采样回路的仿真模型，得出X轴、Y轴、Z轴的磁通密度；步骤2，在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₀；步骤3，在施加工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₁，获取工频干扰与装置输出采样值的函数关系；步骤4，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使ΔI_X、ΔI_Y、ΔI_Z满足GB/T 17626.8‑2006中5级试验的要求；步骤5，分析得出互感器交流采样回路的PCB布局布线方法，提出抗干扰措施。本发明提高了保护测控装置的互感器交流采样回路的抗工频磁场抗扰度。

Description

基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，属于电力***保护装置抗工频磁场技术领域。

背景技术

保护测控装置是智能变电站中的重要元器件，其精确性和可靠性对电力***的安全稳定运行有重要的影响。变电站中电气设备工作频率为50Hz，易产生工频磁场，且很难屏蔽。工频磁场产生磁通叠加到保护测控装置的交流采样回路上，产生的感应电动势，容易使采样精度产生误差，引起保护装置的误动、拒动等问题。因此，保护测控装置需要通过GB/T17626.8-2006中5级，1000(A/m)试验的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，包括以下步骤，

步骤1，建立保护测控装置的交流采样回路的仿真模型，通过毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律，得出X轴的磁通密度B_X、Y轴的磁通密度B_Y、Z轴的磁通密度B_Z；

步骤2，在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₀；

步骤3，在施加工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₁，获取工频磁场干扰在X轴的变化量ΔI_X、Y轴的变化量ΔI_Y、Z轴的变化量ΔI_Z，根据Matlab的数值分析方法，得出B_X与ΔI_X的经验系数k_X、B_Y与ΔI_Y的经验系数k_Y、B_Z与ΔI_Z的经验系数k_Z；

步骤4，根据k_X、k_Y、k_Z的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使ΔI_X、ΔI_Y、ΔI_Z满足GB/T 17626.8-2006中5级试验的要求；

步骤5，分析得出互感器交流采样回路的PCB布局布线方法，提出抗干扰措施。

保护测控装置的交流采样回路主要由交流模件、CPU模件、母板模件组成。

本发明所达到的有益效果：本发明提高了保护测控装置的交流采样回路的抗工频磁场抗扰度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为保护测控装置的交流采样回路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，建立保护测控装置的交流采样回路的仿真模型，采用ANSYS软件的“Electric”定义仿真模型参数，通过毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律，得出X轴的磁通密度B_X、Y轴的磁通密度B_Y、Z轴的磁通密度B_Z。

如图2所示，保护测控装置的交流采样回路主要由交流模件、CPU模件、母板模件组成。

在工频磁场试验中，根据毕奥-萨伐尔定律求解恒定电流I在点P(x,y,z)产生的磁通密度，如式(1)、(2)，其中x、y、z分别为点P的X、Y、Z轴坐标。

毕奥-萨伐尔定律：

$dB=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}Idl\×R}{4{\mathrm{\πR}}^3}---\left(1\right)$

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{\∫}_c\frac{Idl\×R}{R^3}---\left(2\right)$

其中，B为恒流导线在距离R处产生的磁通密度，μ₀＝4π×10^-7H/m为真空磁导率，I为恒定电流，dl为电流方向的导线线元，R为从dl到P点距离。

根据法拉第电磁感应定律，求解在闭合回路产生感应电动势e，如式(3)。

法拉第电磁感应定律：

$e=-\frac{d\mathrm{\Φ}}{dt}=-\frac{Bds}{dt}---\left(3\right)$

其中，Φ是磁通量，s是回路面积，t为时间。

在工频磁场试验中产生的感应电动势e叠加到交流采样回路上。交流模件中的采样回路面积s_ABB'A'、母板模件中的采样回路面积s_BCC'B'、CPU模件中的采样回路面积s_CDD'C'，工频干扰在三块面积组成的回路面积S产生的感应电动势为e。

步骤2，在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₀。

步骤3，在施加工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₁，获取工频磁场干扰在X轴的变化量ΔI_X、Y轴的变化量ΔI_Y、Z轴的变化量ΔI_Z，根据Matlab的数值分析方法，得出B_X与ΔI_X的经验系数k_X、B_Y与ΔI_Y的经验系数k_Y、B_Z与ΔI_Z的经验系数k_Z。

步骤4，根据k_X、k_Y、k_Z的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使ΔI_X、ΔI_Y、ΔI_Z满足GB/T 17626.8-2006中5级试验的要求。

步骤5，分析得出互感器交流采样回路的PCB布局布线方法，提出抗干扰措施。

上述方法提高了保护装置的交流采样回路抗工频磁场抗扰度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，建立保护测控装置的交流采样回路的仿真模型，通过毕奥-萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律，得出X轴的磁通密度B_X、Y轴的磁通密度B_Y、Z轴的磁通密度B_Z；

步骤2，在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₀；

步骤3，在施加工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I₁，获取工频磁场干扰在X轴的变化量ΔI_X、Y轴的变化量ΔI_Y、Z轴的变化量ΔI_Z，根据Matlab的数值分析方法，得出B_X与ΔI_X的经验系数k_X、B_Y与ΔI_Y的经验系数k_Y、B_Z与ΔI_Z的经验系数k_Z；

步骤4，根据k_X、k_Y、k_Z的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使ΔI_X、ΔI_Y、ΔI_Z满足GB/T 17626.8-2006中5级试验的要求；

步骤5，分析得出互感器交流采样回路的PCB布局布线方法，提出抗干扰措施。

2.根据权利要求1所述的基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法，其特征在于：保护测控装置的交流采样回路主要由交流模件、CPU模件、母板模件组成。