本發(fā)明涉及一種設(shè)計方法，尤其涉及一種輸電線路的D-dot電場傳感器的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的電場傳感器的設(shè)計中，通過如下方法實現(xiàn)：先制作傳感器的樣機，放入待測電場環(huán)境中，通過變換電場強度研究傳感器的輸出特性、幅頻響應等性能，如果測試結(jié)果不滿足傳感器的預先設(shè)計標準，則進行傳感器的優(yōu)化設(shè)計再進行實驗；這種方式使得電場傳感器的設(shè)計成本高昂，更為重要的是，在設(shè)計過程中具有盲目性，通過反復的結(jié)構(gòu)改進以及測試實現(xiàn)最終的結(jié)構(gòu)確定，導致效率低下，而且最終的產(chǎn)品在電場測量中精確度低下；因此，為了解決上述技術(shù)問題，需要提出一種新的電場傳感器設(shè)計方法

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種輸電線路的D-dot電場傳感器的設(shè)計方法，能夠?qū)﹄妶鰝鞲衅鞯膮?shù)進行精確的確定，提高電場傳感器的檢測精度，而且，無需反復進行樣機測試，提高設(shè)計效率，并且降低設(shè)計成本。

本發(fā)明提供的一種D-dot電場傳感器的設(shè)計方法，包括

S1.獲取輸電線路的參數(shù)，建立輸電線電場分布模型，得到輸電線周圍電場的分布狀況；

S2.獲取設(shè)計目標D-dot電場傳感器的設(shè)計參數(shù)，建立電場傳感器模型，將電場傳感器模型代入到輸電線電場分布模型中；

S3.建立設(shè)計目標D-dot電場傳感器與輸電線路的場路耦合模型及等效電路，并對場路耦合等效電路的傳遞函數(shù)進行仿真分析計算，得出設(shè)計目標D-dot電場傳感器的輸出參數(shù)；

S4.判斷設(shè)計目標D-dot電場傳感器的輸出結(jié)果與理論計算的輸出結(jié)果的誤差，如誤差在設(shè)定范圍內(nèi)，當前的電場傳感器模型符合設(shè)計要求；如果誤差在設(shè)定范圍之外，則對設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，返回到S2中。

進一步，目標D-dot的設(shè)計參數(shù)包括電場傳感器的電極形狀、電極尺寸、電極材料、絕緣介質(zhì)材料、電極間距以及電極感應面積、

進一步，通過有限元分析軟件Ansoft Maxwell進行輸電線電場分布模型的建立。

進一步，輸電線路的參數(shù)包括輸電線路電壓等級、輸電電流以及各相的相電壓。

進一步，所述場路耦合等效電路的傳遞函數(shù)為：

其中：

$C_1=\frac{C_{m1}{C}_{s2}-C_{m2}{C}_{s1}}{C_{m1}+C_{m2}+C_{s1}+C_{s1}};$

C_s1和C_s2分別D-dot電場傳感器的上電極和下電極對地雜散電容，C_m1、C_m2分別為被測輸電導線與D-dot電場的上電極與下電極的互電容；R_m為D-dot電場傳感器的差分放大器的輸入阻抗；C_m0為上電極和下電極之間的互電容，為輸電線路的實時電壓，U_O(s)為D-dot電場傳感器的輸出電壓，即輸入阻抗R_m兩端的電壓。

進一步，輸電線的電場分布模型如下：

將輸電線路的空間區(qū)域以及D-dot電場傳感器在該空間區(qū)域內(nèi)進行邊界劃分：劃分為輸電線路的空間場域、D-dot電場傳感器內(nèi)部以及D-dot電場傳感器與空間場域的分界面，其中：

輸電線路的空間場域電場分布：

D-dot電場傳感器內(nèi)部電場分布：

$\▿\×v\▿\×A-\▿(\mathrm{\υ}\▿\·A)=J$

J＝γE；

D-dot電場傳感器與空間場域的分界面電場分布：

${\mathrm{\υ}}_1\▿\·A_1={\mathrm{\υ}}_2\▿\·A_2$

$v_1\▿\×A_1\×n_{12}=v_2\▿\×A_2\×n_{12}$

A₁＝A₂；

其中：ν為磁阻率，σ為傳感器電極的電導率，υ為罰因子，n₂₁為輸電線路與電場傳感器的分界面的法向量；n12為填充介質(zhì)分界面上的法向量；A為輸電線路的空間場域的矢量磁位，A1和A2分別為輸電線路與D-dot電場傳感器的分界面之間的矢量磁位，J為電流密度，γ為D-dot電場傳感器的填充介質(zhì)的電導率；為電場傳感器的標量電位；E為電場強度。

進一步，場路耦合模型為：

其中，為電場傳感器的積分電路的積分系數(shù)；V(t)電場傳感器的輸出電壓，U(t)為電場傳感器的積分電路輸出電壓；E為電場場強；為電場傳感器的標量電位，A為矢量磁位，Rm為電場傳感器的差分電路的輸入阻抗；A_εq為電場傳感器的電極的等效面積。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的輸電線路的D-dot電場傳感器的設(shè)計方法；能夠?qū)﹄妶鰝鞲衅鞯膮?shù)進行精確的確定，而且在設(shè)計過程中將電場傳感器對被測電場的影響也考慮其中，從而提高電場傳感器的檢測精度，而且，無需反復進行樣機測試，提高設(shè)計效率，并且降低設(shè)計成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為本發(fā)明的邊界劃分示意圖。

圖2為本發(fā)明電場傳感器輸出等效電路。

圖3為本發(fā)明的積分電路等效電路圖。

圖4為本發(fā)明的電場傳感器與輸電線路電場耦合的等效電路圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的邊界劃分示意圖，圖2為本發(fā)明電場傳感器輸出等效電路，圖3為本發(fā)明的積分電路等效電路圖，圖4為本發(fā)明的電場傳感器與輸電線路電場耦合的等效電路圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種輸電線路的D-dot電場傳感器的設(shè)計方法，包括

S1.獲取輸電線路的參數(shù)，建立輸電線電場分布模型，得到輸電線周圍電場的分布狀況；其中，輸電線路的參數(shù)包括：輸電線路的參數(shù)包括輸電線路電壓等級、輸電電流以及各相的相電壓；本發(fā)明通過有限元分析軟件Ansoft Maxwell進行輸電線電場分布模型的建立，提高計算效率；

S2.獲取設(shè)計目標D-dot電場傳感器的設(shè)計參數(shù)，建立電場傳感器模型，將電場傳感器模型代入到輸電線電場分布模型中；目標D-dot的設(shè)計參數(shù)包括電場傳感器的電極形狀、電極尺寸、電極材料、絕緣介質(zhì)材料、電極間距以及電極感應面積；

S3.建立設(shè)計目標D-dot電場傳感器與輸電線路的場路耦合模型及等效電路，并對場路耦合等效電路的傳遞函數(shù)進行仿真分析計算，得出設(shè)計目標D-dot電場傳感器的輸出參數(shù)；

S4.判斷設(shè)計目標D-dot電場傳感器的輸出結(jié)果與理論計算的輸出結(jié)果的誤差，如誤差在設(shè)定范圍內(nèi)，當前的電場傳感器模型符合設(shè)計要求；如果誤差在設(shè)定范圍之外，則對設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，返回到S2中，通過上述方法，能夠?qū)﹄妶鰝鞲衅鞯膮?shù)進行精確的確定，而且在設(shè)計過程中將電場傳感器對被測電場的影響也考慮其中，從而提高電場傳感器的檢測精度，而且，無需反復進行樣機測試，提高設(shè)計效率，并且降低設(shè)計成本。

本實施例中，所述場路耦合等效電路的傳遞函數(shù)為：

其中：

$C_1=\frac{C_{m1}{C}_{s2}-C_{m2}{C}_{s1}}{C_{m1}+C_{m2}+C_{s1}+C_{s1}};$

C_s1和C_s2分別D-dot電場傳感器的上電極和下電極對地雜散電容，C_m1、C_m2分別為被測輸電導線與D-dot電場的上電極與下電極的互電容；R_m為D-dot電場傳感器的差分放大器的輸入阻抗；C_m0為上電極和下電極之間的互電容，為輸電線路的實時電壓，U_O(s)為D-dot電場傳感器的輸出電壓，即輸入阻抗R_m兩端的電壓。

本實施例中，輸電線的電場分布模型如下：

將輸電線路的空間區(qū)域以及D-dot電場傳感器在該空間區(qū)域內(nèi)進行邊界劃分：劃分為輸電線路的空間場域、D-dot電場傳感器內(nèi)部以及D-dot電場傳感器與空間場域的分界面，其中：

輸電線路的空間場域電場分布：

D-dot電場傳感器內(nèi)部電場分布：

$\▿\×v\▿\×A-\▿(\mathrm{\υ}\▿\·A)=J$

J＝γE；

D-dot電場傳感器與空間場域的分界面電場分布：

${\mathrm{\υ}}_1\▿\·A_1={\mathrm{\υ}}_2\▿\·A_2$

$v_1\▿\×A_1\×n_{12}=v_2\▿\×A_2\×n_{12}$

A₁＝A₂；

其中：ν為磁阻率，σ為傳感器電極的電導率，υ為罰因子，n₂₁為輸電線路與電場傳感器的分界面的法向量；n12為填充介質(zhì)分界面上的法向量；A為輸電線路的空間場域的矢量磁位，A1和A2分別為輸電線路與D-dot電場傳感器與空間場域的分界面之間的矢量磁位，J為電流密度，γ為D-dot電場傳感器的填充介質(zhì)的電導率；為電場傳感器的標量電位；E為電場強度。

本實施例中，場路耦合模型為：

其中，為電場傳感器的積分電路的積分系數(shù)；V(t)電場傳感器的輸出電壓，U(t)為電場傳感器的積分電路輸出電壓；E為電場場強；為電場傳感器的標量電位，A為矢量磁位，Rm為電場傳感器的差分電路的輸入阻抗；A_εq為電場傳感器的電極的等效面積

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。