基于有限元分析的交流回路抗工频磁场干扰的设计方法
【专利摘要】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ΔIX、ΔIY、ΔIZ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。
【专利说明】
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
[0001] 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 力系统保护装置抗工频磁场技术领域。
【背景技术】
[0002] 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系统的安 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/T 17626.8-2006中5级，1000(六/111)试验的要求。
【发明内容】
[0003] 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。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 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，
[0006] 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Bx、Y轴的磁通密度B y、Z轴的磁通密度Bz;
[0007] 步骤2,在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值I0;
[0008] 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Δ ΙΧ、Υ轴的变化量Δ IY、Z轴的变化量Δ Iz，根据Matlab的数值分析方法，得 出Bx与Δ Ix的经验系数kx、BY与Δ Iy的经验系数kY、Bz与Δ Iz的经验系数kz;
[0009] 步骤4,根据kx、kY、kz的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使Δ Ιχ、Δ Ιγ、A Iz满足GB/T 17626.8-2006中5级试验的要求；
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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】
[0013] 图1为本发明的流程图。
[0014] 图2为保护测控装置的交流采样回路框图。
【具体实施方式】
[0015] 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。
[0016] 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：
[0017] 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Bx、Y轴的磁通密度By、Z轴的磁通密度Bz。
[0018] 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。
[0019] 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、4 v别为点P的X、Y、Z轴坐标。
[0020] 毕奥-萨伐尔定律：
[0021] ⑴
[0022] (2)
[0023] 其中，B为恒流导线在距离R处产生的磁通密度，μ〇 = 43?Χ l(T7H/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。
[0024]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)。
[0025]法拉第电磁感应定律：
[0026]
(3)
[0027] 其中，Φ是磁通量，s是回路面积，t为时间。
[0028] 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SABBT、母板模件中的米样回路面积SBCd、CPU模件中的米样回路面积SCDW，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。
[0029] 步骤2,在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值1〇。
[0030] 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Δ ΙΧ、Υ轴的变化量Δ IY、Z轴的变化量Δ Iz，根据Matlab的数值分析方法，得 出Bx与Δ Ix的经验系数kx、BY与Δ Iy的经验系数kY、Bz与Δ Iz的经验系数kz。
[0031] 步骤4,根据kx、kY、kz的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使Δ Ιχ、Δ Ιγ、Δ Iz满足GB/T 17626.8-2006中5级试验的要求。
[0032]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。
[0033] 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。
[0034] 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。
【主权项】
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Bx、Y轴的磁通密度By、Z轴的磁通密度Bz; 步骤2，在无工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值Ιο; 步骤3，在施加工频磁场干扰时，保护测控装置输出采样值，获取工频磁场干扰在X轴 的变化量A Ιχ、Υ轴的变化量Δ ΙΥ、Ζ轴的变化量Δ Ιζ，根据Matlab的数值分析方法，得出Bx与 A Ιχ的经验系数kx、BY与Δ Ιγ的经验系数kY、Bz与Δ Iz的经验系数kz; 步骤4,根据kx、kY、kz的大小，改变各交流采样回路模件的PCB布局布线，使Δ Ιχ、Δ ΙΥ、Δ Ιζ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。
【文档编号】G06F17/50GK106055757SQ201610350366
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】徐丽青, 周兆庆
【申请人】南京国电南自电网自动化有限公司