[发明专利]一种电缆状态监测传感器装置

说明书

一种电缆状态监测传感器装置，包括依次连接的TMR磁场传感器模块、高通滤波模块和信号放大模块。TMR磁场传感器模块测量电缆的磁场变化信号，并将其转化为电压信号输出给所述高通滤波模块；高通滤波模块滤除电压信号的直流偏置，并将滤除后的电压信号传输给所述信号放大模块；信号放大模块对滤除后的电压信号进行放大后得到输出电压信号并输出。本发明通过在电缆外部放置由铁磁性材料构成的屏蔽磁环过滤内部差模负载电流，以提取内部待测共模电流的大小。通过对磁场的解析分析表明通过使用高磁导率材料构成的屏蔽磁环可以有效滤除内部差模电流产生的磁场，同时对待测共模电流产生的磁场不产生任何影响。

技术领域

本发明涉及电缆绝缘状态的在线监测领域，具体涉及一种电缆状态监测传感器装置。

背景技术

运行中的电缆常会由于受潮或过载出现老化和失效，影响电力系统的安全可靠运行，带来巨大的经济损失，因此急需新的电缆绝缘在线监测方法。在电力系统和电力设备中，共模电流大小常作为衡量绝缘漏电流及老化程度的指标。然而电缆中共模电流微弱，存在较大的负荷差模电流干扰，且电缆结构复杂，线径较宽，难以实现对电流的直接测量。因此，本专利提出一个用于电缆状态在线监测的共模电流传感器。

目前对电缆及导线系统中共模电流的测量多采用罗氏线圈的方案，如图1所示，待测导线穿过由塑料管及缠绕在其上的线圈构成的罗氏线圈结构。当待测导线中流过交流电流时，线圈内部的磁通量发生改变，进而在缠绕的线圈中感应出交变电压。该电压经过后续电路处理输出，并可由之计算出电流大小。

罗氏线圈作为最普遍的电流测量方案，在电力系统中得到了广泛的应用。然而，对于电气设备尤其是电缆中的共模电流测量而言，罗氏线圈存在以下明显缺陷：

1、由于罗氏线圈不是专门为共模电流测量设计的，当存在多根导线尤其是导线几何结构不能忽略时，罗氏线圈内部的磁场会出现畸变，当导线内存在较大的差模负载电流干扰时，磁场畸变会更加严重，使得测量出现很大的误差。

2、罗氏线圈本身的测量精度较低，测量误差可达到几安，难以满足电缆中微小共模电流(常为mA量级)测量的需要。

3、罗氏线圈的测量频带受限。对于低频段电流信号，感应出的电压较低，测量精度下降。

发明内容

本发明要解决电缆在线监测中的共模电流测量问题。以6/10kV长度为2500m的三相中压电缆为例，在在线监测过程中，假设在三相上施加1kV的注入电压，在绝缘完好状态下，主回路内的共模电流大小约为0.5A，而对于绝缘老化的情况，这一电流值会增大10％。因此，本发明旨在测量约0.05A的共模电流大小变化，测量范围为0到1A，同时需要克服存在的负载电流干扰，该电流大小约为10A或几十安不等，并随负荷变化而变化。

为解决上述问题，本发明提供了一种电缆状态监测传感器装置，包括依次连接的TMR磁场传感器模块1、高通滤波模块2和信号放大模块3；

所述TMR磁场传感器模块1测量电缆的磁场变化信号，并将其转化为电压信号输出给所述高通滤波模块2；

所述高通滤波模块2滤除所述电压信号的直流偏置，并将滤除后的电压信号传输给所述信号放大模块3；

所述信号放大模块3对所述滤除后的电压信号进行放大后得到输出电压信号并输出。

进一步的，还包括计算模块，根据所述输出电压信号计算得到电缆中的共模电流值。

进一步的，所述TMR磁场传感器模块1包括：

屏蔽磁环5和TMR磁场传感器6；所述TMR磁场传感器6紧贴或邻近设置在所述屏蔽磁环5的外周；

待测电缆4穿过所述屏蔽磁环5，位于屏蔽磁环5外部的TMR磁场传感器测量所述待测电缆4的磁场变化信号。

进一步的，所述屏蔽磁环5为坡莫合金屏蔽磁环。