CN103235167A - 一种柔性光学电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性光学电流互感器，包括光纤电流传感环、传输光纤以及采集单元，所述的光纤电流传感环缠绕在被测一次导体外围，所述的传输光纤一端连接光纤电流传感环，另一端连接采集单元。与现有技术相比，本发明安装方式灵活、抗干扰能力强、无需绝缘、稳定性高，较好地满足了智能化变电站建设的需求。

Description

一种柔性光学电流互感器

技术领域

本发明涉及一种互感器，尤其是涉及一种柔性光学电流互感器。

背景技术

柔性安装方式是光学互感器独有的一种安装方式，充分利用了传感光纤柔软可灵活弯曲的特点，具有安装灵活、维护简便、适应性强、无需考虑绝缘等优点，传感光纤环便于安装在任何导体的周围，方便在系统中临时或永久增加测量点，同时可以在变电站运行时随时进行安装，无需被测线路停电，尤其适用于变电站改造等工程。

但根据调研，目前世界上只有加拿大的Nxtphase公司研制出相关产品并在工程用得以应用，国内的类似产品尚未研发出来，也未见工程应用的报道。为适应电力系统发展的需要，打破国外产品的技术垄断，保证我国电网系统的安全稳定运行，研发国内的柔性光学电流互感器意义重大。

一直以来限制光学电流互感的最重要因素是温度变化、振动、应力等环境因素对传感光纤的传感精度和稳定性会产生较大影响，这主要是由于：

1、传感光纤环中存在的线性双折射会对系统探测电流信息产生干扰；

2、λ/4波片的相位延迟的变化，会造成互感器的比例因子的变化，而影响互感器的精度和稳定性；

3、光纤缠绕的骨架会对光纤环产生影响，同时骨架的振动和热胀冷缩等效应也会影响互感器测量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安装方式灵活、抗干扰能力强、无需绝缘、稳定性高、较好地满足了智能化变电站建设的需求的柔性光学电流互感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性光学电流互感器，其特征在于，包括光纤电流传感环、传输光纤以及采集单元，所述的光纤电流传感环缠绕在被测一次导体外围，所述的传输光纤一端连接光纤电流传感环，另一端连接采集单元。

所述的采集单元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱镜、相位调制器、光探测器以及解调电路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱镜、相位调制器、解调电路、光探测器依次连接，所述的光探测器与耦合器连接，所述的相位调制器与传输光纤连接。

所述的传输光纤为铠装光缆。

所述的光纤电流传感环输出端口设有波片和反射镜。

所述的波片为

波片。

所述的光纤电流传感环利用偏振光在光纤中的Faraday磁光效应感应一次电流产生的磁场，输出光信号通过传输光纤连接到采集单元。

所述的采集单元对接收的光信号进行运算得到一次电流。

所述的光纤电流传感环以光缆形式缠绕，光缆内灌充油质物，传感光纤浸泡在油质内，

所述的传感光纤采用低双折射光纤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用反射式Sagnac干涉仪结构的柔性光学电流互感器，通过一个反射镜实现互易结构，可以使两束正交偏振光反射后经过原路径返回，是全对称光路，可以降低温度、振动、应力等对光路的影响，使得光路稳定性提高，受环境变化的影响更小，保证了光学电流互感器具有良好的稳定性和温度特性。

2、本发明选择低双折射光纤作为传感光纤，低双折射光纤本身一致性好、线性双折射小，受温度影响较小。

3、本发明中传感光纤环以光缆形式缠绕，光缆内灌充油质物，传感光纤浸泡在油质内，可均匀分散光缆受到的应力、振动、油质热胀冷缩等影响，也可有效杜绝其它安装方式中因缠绕骨架造成的应力、振动等影响，提高互感器稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种柔性光学电流互感器，包括光纤电流传感环1、传输光纤4以及采集单元5，所述的光纤电流传感环1缠绕在被测一次导体6外围，所述的传输光纤4一端连接光纤电流传感环1，另一端连接采集单元5。

所述的采集单元5包括光源51、耦合器52、起偏器53、偏振分光棱镜54、相位调制器55、光探测器57以及解调电路56，所述的光源51、耦合器52、起偏器53、偏振分光棱镜54、相位调制器55、解调电路56、光探测器57依次连接，所述的光探测器57与耦合器52连接，所述的相位调制器55与传输光纤4连接。

所述的传输光纤4为铠装光缆。所述的光纤电流传感环1输出端口设有波片3和反射镜2。所述的波片3为

波片。

工作原理是光纤电流传感环利用偏振光在光纤中的Faraday磁光效应感应一次电流产生的磁场；输出信号通过传输光纤连接到采集单元，传输光纤将采集单元发出的光信号输送到光纤电流传感环端，同时将电流传感环返回的信号送至采集单元进行处理；采集单元将光源产生的光信号发送至传感器端，同时接收传感器返回的携带一次电流信息的光信号，并对返回的光信号进行处理，计算出一次电流值，并将此一次电流发送至合并单元中进行各相同步，之后输出至保护、测量、计量等装置，也可直接与微机化测量及保护装置接口。

采集单元采用反射式光纤Sagnac干涉技术实现对光信号的测量，反射式光纤Sagnac干涉技术降低了传感器受环境温度、振动等因素干扰的影响，提高了传感器精度。

光源51输出光经一退偏器退偏后，被耦合器将其50％的光能量耦合进起偏器，另外50％的光在耦合器另一输出端(非反射端)离开系统。起偏器输出的线偏光经45°焊接点后，分成两束线偏光，这两束线偏光分别沿相位调制器的保偏尾纤的X和Y主轴振动。起偏器的输出保偏尾纤和相位调制器的保偏尾纤的长度要能满足一定条件以实现退偏功能。由信号发生器产生的调制信号加到相位调制器后可以调制传输光的相位。

从相位调制器出来的光进入保偏光纤延迟线。保偏光纤延迟线的两主轴和相位调制器的主轴一致，它有两个作用：1、把与传感光纤隔得很远的光源、相位调制器输出的光传到传感光纤，将传感光纤和光源、探测器以及信号处理电子电路隔开。2、足够长度的高双折射光纤提供足够时延，光在保偏光纤延迟线和传感光纤中往返一次的这段时间内，加到相位调制器的调制波形刚好变化半个周期。

保偏光纤延迟线出来的两束偏振光分别沿其两主轴振动，这两束光经过一个45°焊接点后，进入

波片，

波片和保偏光纤延迟线的主轴成45°，然后进入传感光纤。

波片的作用是把保偏光纤延迟线两主轴出来的两束正交线偏光转换为圆偏光。

波片是一小截长拍长的保偏光纤，其长度是1/4拍长的奇数倍。

从

波片出来的是两旋向相反的圆偏光。振动方向沿保偏光纤延迟线X轴的光被

波片转换成右旋圆偏光，振动方向沿保偏光纤延迟线Y轴的光被

波片转换成左旋圆偏光。由于传感光纤周围存在电磁场，这两束圆偏光以不同速度在传感光纤中传输，累积的相位差和施加到传感光纤的磁场成正比。传感光纤的末端连有一反射镜。低双折射传感光纤中传输的两束圆偏光在遇到反射镜后发生全反射，二者旋向改变。在反射后返回途中，原来的右旋圆偏光变成左旋圆偏光，原来的左旋圆偏光变成右旋圆偏光。由于返回时两圆偏光的旋向和传输方向均改变，二者的累积相对相移加倍。这样，总相移Δφ＝4VNI，其中V是传感光纤的Verdet常数，N是缠绕在电流导线周围的传感光纤的圈数，I是导线中的电流大小。

两束圆偏光在传感光纤中传输一个来回并经

波片后，原来沿HiBi光纤延迟线X轴振动的线偏光在返回时变为沿HiBi光纤延迟线Y轴振动的线偏光，原来沿HiBi光纤延迟线Y轴振动的线偏光在返回时变为沿HiBi光纤延迟线X轴振动的线偏光，这两束线偏光再次通过相位调制器，经过45°焊接点后，在起偏器处干涉。干涉后的光被耦合器分出一部分到达PD探测器。

在光路中，两束光以相反的顺序经历了相同的偏振变化。传感光纤位于两束光光程的中间，两束光的唯一的相位差是由传感区存在的磁场引起的。

PD探测器探测到的是两束光干涉后的光强，其中包含有二者的位相差信息，也就包含有磁场和电流的信息。

在上述光学器件中光纤传感环和

波片是光纤电流传感器的主要部分，传输光纤从绝缘子中穿过，其它光学器件则基本集中在采集单元中。

Claims (9)

1.一种柔性光学电流互感器，其特征在于，包括光纤电流传感环、传输光纤以及采集单元，所述的光纤电流传感环缠绕在被测一次导体外围，所述的传输光纤一端连接光纤电流传感环，另一端连接采集单元。 

2.根据权利要求1所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的采集单元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱镜、相位调制器、光探测器以及解调电路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱镜、相位调制器、解调电路、光探测器依次连接，所述的光探测器与耦合器连接，所述的相位调制器与传输光纤连接。 

3.根据权利要求l所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的传输光纤为铠装光缆。 

4.根据权利要求1所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的光纤电流传感环输出端口设有波片和反射镜。 

5.根据权利要求4所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的波片为                                                  

波片。 

6.根据权利要求l所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的光纤电流传感环利用偏振光在光纤中的Faraday磁光效应感应一次电流产生的磁场，输出光信号通过传输光纤连接到采集单元。 

7.根据权利要求6所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的采集单元对接收的光信号进行运算得到一次电流。 

8.根据权利要求1所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的光纤电流传感环以光缆形式缠绕，光缆内灌充油质物，传感光纤浸泡在油质内。 

9.根据权利要求l所述的一种柔性光学电流互感器，其特征在于，所述的传感光纤采用低双折射光纤。 

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