反射式光纖電流互感器光波偏振態(tài)相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中的誤差特性

本文介紹了光纖電流傳感器的技術(shù)發(fā)展,光纖電流傳感器的分類(lèi)、測(cè)量原理及優(yōu)缺點(diǎn),以及相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)分析。

文章研究了全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu),闡述了幾種國(guó)際上主流的光學(xué)電流互感器的研究方向,比較分析了非干涉型電流互感器、sagnac型電流互感器以及普遍采用的反射式結(jié)構(gòu)電流互感器、新型反射式全光纖電流互感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)今后進(jìn)一步進(jìn)行全光纖電流互感器的實(shí)用化研究具有一定的意義。

為了使光纖電流互感器具有快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出電流值的能力,本文在分析法拉第電磁感應(yīng)效應(yīng)的偏振調(diào)制型全光纖電流互感器的基礎(chǔ)上引入雙光路檢測(cè)法,將光纖中輸出的線偏振光分成振動(dòng)方向相互垂直、傳播方向成一定夾角的兩束光。經(jīng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行放大、濾波處理后得到無(wú)噪正弦波信號(hào),結(jié)合tms320f28335測(cè)試平臺(tái)對(duì)輸出的兩路信號(hào)進(jìn)行同步采集、解調(diào),通過(guò)運(yùn)算求出法拉第旋轉(zhuǎn)角,并擬合法拉第旋角與參考電流值得出兩者關(guān)系式,最終使測(cè)量系統(tǒng)能夠在高壓環(huán)境下快速、準(zhǔn)確地測(cè)量電流值。由此可見(jiàn),本系統(tǒng)適用于高壓環(huán)境下對(duì)大電流進(jìn)行檢測(cè)。

介紹了全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu),分析了系統(tǒng)輸出信號(hào)的特點(diǎn),指出工頻干擾及線性雙折射效應(yīng)是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要問(wèn)題.提出并實(shí)現(xiàn)了基于光源調(diào)制的抑制工頻干擾方法.該方法利用2000hz的方波光源作為互感器的光驅(qū)動(dòng),系統(tǒng)的輸出信息由原來(lái)的一路變成了兩路,通過(guò)兩路信息的融合有效地抑制了電路工頻干擾.理論分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在不增加系統(tǒng)復(fù)雜性和硬件投入的條件下,該方法不僅抑制了電路中的低頻干擾,還有效地抑制了工頻干擾,提高了系統(tǒng)的信噪比,為提高全光纖電流互感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了新的方法.

分析了全光纖電流互感器(afoct)光纖元件的雙折射來(lái)源和影響,針對(duì)其應(yīng)力加載特征,提出一種適用于系統(tǒng)的光纖雙折射參數(shù)測(cè)量方法。測(cè)量基于研究雙折射對(duì)偏振態(tài)的調(diào)制情況,在邦加球上分析傳輸光偏振態(tài)隨不同光程的演化軌跡,可獲得待測(cè)光纖橢圓雙折射參數(shù),相對(duì)誤差在2.85%以?xún)?nèi)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)說(shuō)明基于測(cè)量結(jié)果的變比估計(jì)相對(duì)偏差1.08%。該方法準(zhǔn)確度優(yōu)于傳統(tǒng)方法,裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。由傳感光纖雙折射測(cè)量結(jié)果可推導(dǎo)afoct系統(tǒng)的變比,也可作為溫度、振動(dòng)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)的依據(jù)。本方法可作為設(shè)計(jì)制作afoct系統(tǒng)過(guò)程中的一個(gè)有力的參考。

全光纖電流互感器技術(shù)驗(yàn)收成功 3月6日，由中國(guó)電科院承擔(dān)的國(guó)家電網(wǎng)公司科技工程“500kv相位調(diào)制型全光 纖電流互感器關(guān)鍵技術(shù)研究”順利通過(guò)公司科技部組織的驗(yàn)收。驗(yàn)收專(zhuān)家組在聽(tīng) 取工程匯報(bào)后，對(duì)研究成果給予了高度評(píng)價(jià)，并一致同意工程通過(guò)驗(yàn)收。 2007年，為克服輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償高壓平臺(tái)惡劣電磁環(huán)境對(duì)串補(bǔ)測(cè)量回路的影 響，提高串補(bǔ)可靠性，鑒于光纖電流互感器具有安全性能好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、 動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)快、成本低、壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，中國(guó)電科院開(kāi) 始進(jìn)行全光纖電流互感器的研發(fā)。 2008年完成實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，2009年正式獲得公司科技立項(xiàng)。經(jīng)過(guò)兩年的研發(fā)，已 全面掌握全光纖電流互感器核心技術(shù)，完成500kv相位調(diào)制型全光纖電流互感器 樣機(jī)研制工作，并順利通過(guò)型式實(shí)驗(yàn)。樣機(jī)測(cè)量精度可達(dá)0.2s級(jí)，進(jìn)入世界先 進(jìn)行列。在此基礎(chǔ)上，完成光纖電流互感器產(chǎn)品系列化研制，包括

光路系統(tǒng)的偏振誤差極大地制約著準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器的準(zhǔn)確度.借助瓊斯矩陣,建立了分立光學(xué)器件及光纖熔接點(diǎn)的傳輸模型,推導(dǎo)出完整的電壓互感器光路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.以此模型為基礎(chǔ),對(duì)電壓互感器中的偏振誤差進(jìn)行了仿真分析.結(jié)果表明:光源偏振度、起偏器消光比及起偏器與相位調(diào)制器的對(duì)軸角度主要影響系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度;法拉第準(zhǔn)直旋光器的旋光角度、法拉第準(zhǔn)直旋光器與bgo晶體的對(duì)軸角度誤差是主要的偏振誤差源,影響系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性;根據(jù)電子式電壓互感器iec60044-70.2s級(jí)標(biāo)準(zhǔn),法拉第旋光角度誤差應(yīng)該小于1.6°,旋光器與bgo晶體對(duì)軸角度誤差小于1.85°.該研究對(duì)準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器光路設(shè)計(jì)和誤差抑制具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義.

介紹了一種可以用于在線測(cè)量、實(shí)時(shí)安裝、拆卸的開(kāi)合式光纖電流互感器方案。在傳感頭開(kāi)啟過(guò)程中,利用傳感頭內(nèi)部一段橡膠骨架的彈性產(chǎn)生均勻變形,使繞制在上面的光纖應(yīng)力變化較小。為了保證互感器的溫度穩(wěn)定性,傳感頭內(nèi)部骨架主要為石英材料,由于石英骨架加工的誤差比較大,所以采用長(zhǎng)圓孔的支架將其固定在傳感頭結(jié)構(gòu)上。信號(hào)處理部分基于全數(shù)字閉環(huán)檢測(cè),采用方波調(diào)制方案,并通過(guò)數(shù)字階梯波反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)檢測(cè)。在開(kāi)合過(guò)程后對(duì)開(kāi)合式互感器進(jìn)行測(cè)試分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的變比穩(wěn)定性可以達(dá)到了0.5%的精度,可以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。

由考慮相位延遲的光纖四分之一波片以及存在雙折射的傳感光纖的瓊斯矩陣分別推導(dǎo)出二者單獨(dú)以及同時(shí)受溫度影響的光纖電流互感器的理論輸出模型,對(duì)比傳統(tǒng)的電流解調(diào)公式,得到單獨(dú)以及同時(shí)針對(duì)四分之一波片相位延遲和傳感光纖雙折射的修正的電流解調(diào)公式,理論上修正后的電流解調(diào)公式可以減小系統(tǒng)測(cè)量精度的溫度漂移問(wèn)題。

通過(guò)分析光源功率、中心波長(zhǎng)、傳感光纖verdet常量,以及閉環(huán)光纖電流互感器變比之間的關(guān)系,結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù),證明了中心波長(zhǎng)漂移是光源功率衰減引起閉環(huán)互感器變比變化的主要原因.提出了一種通過(guò)提取光路干涉結(jié)果中直流信息,修正閉環(huán)互感器數(shù)字輸出的方法,實(shí)現(xiàn)光源功率衰減引起的互感器變比誤差補(bǔ)償.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在出光功率衰減程度相同的情況下,閉環(huán)互感器變比變化量從補(bǔ)償前的1.53%降低到了補(bǔ)償后的0.45%.

敘述了采用集成光學(xué)調(diào)制器的光纖電流互感器的工作原理。在此基礎(chǔ)上分析了集成光學(xué)調(diào)制器調(diào)制系數(shù)隨溫度變化對(duì)光纖電流互感器測(cè)量精度的影響,對(duì)其產(chǎn)生的測(cè)量誤差進(jìn)行了仿真。在四態(tài)波調(diào)制的基礎(chǔ)上,提出了對(duì)調(diào)制系數(shù)引起的調(diào)制通道增益變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆答伩刂品椒?有效降低了調(diào)制系數(shù)變化引起的測(cè)量誤差。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析一致,表明該方法有效。該方法同時(shí)還可以有效減小調(diào)制器調(diào)制系數(shù)隨時(shí)間長(zhǎng)期變化對(duì)光纖電流互感器測(cè)量精度的影響。

介紹了采用柔性全光纖電流互感器(ffoct)的發(fā)電機(jī)保護(hù)總體方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及ffoct結(jié)構(gòu)和工作原理.詳細(xì)介紹了ffoct的關(guān)鍵技術(shù)難題并給出了對(duì)應(yīng)的解決方案:采用旋轉(zhuǎn)高雙折射(spunhi-bi)光纖制作可現(xiàn)場(chǎng)纏繞在導(dǎo)體周?chē)膫鞲泄饫|,并對(duì)采用spunhi-bi光纖的ffoct的電流檢測(cè)靈敏度和抵御外界干擾的能力進(jìn)行了理論分析;采用四態(tài)方波調(diào)制和階梯波反饋的全數(shù)字雙閉環(huán)解調(diào)方案改善ffoct動(dòng)態(tài)范圍、測(cè)量精度以及系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性.測(cè)試結(jié)果表明研制的ffoct滿(mǎn)足測(cè)量0.2級(jí)、保護(hù)5tpe的精度要求.最后簡(jiǎn)單介紹了用于觀音巖水電站發(fā)電機(jī)保護(hù)的ffoct的現(xiàn)場(chǎng)安裝與應(yīng)用情況.

線性雙折射嚴(yán)重削弱了光纖電流互感器性能,線性雙折射測(cè)量是線性雙折射抑制的基礎(chǔ)。構(gòu)建了線性雙折射測(cè)量系統(tǒng),提出了雙偏振片調(diào)制法,據(jù)此消除傳感光纖與相鄰光器件之間方位角的影響；仿真研究了線性雙折射測(cè)量中存在的多解問(wèn)題,提出基于全局尋優(yōu)算法的解決方案；在此基礎(chǔ)上,分別測(cè)試三種不同傳感光纖環(huán)的線性雙折射。仿真結(jié)果表明:所述方法與邦加球法的測(cè)量偏差≤5%,方法可行。

09-光纖電流互感器及其在線測(cè)溫方法

電流互感器是電網(wǎng)最普遍、最基本的高壓設(shè)備之一，其職能是對(duì)電網(wǎng)中最基本的物理量--電流進(jìn)行測(cè)量，作為電網(wǎng)的“眼睛”它肩負(fù)著兩個(gè)重要的使命。

電流互感器是電氣測(cè)量中一種常用設(shè)備。利用互感器的變比關(guān)系將大電流變成小電流,使測(cè)量?jī)x表不用直接接到被測(cè)的線路上,同時(shí)二次回路可以按需要接成任何方式的接線圖,以滿(mǎn)足計(jì)量、繼電保護(hù)、自動(dòng)控制等方面的要求。電流互感器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)中,本文結(jié)合互感器的工作原理,詳盡地分析了電流互感器的誤差及影響誤差的因素,并提出了減小誤差的方法。

電流互感器是電力系統(tǒng)中的主要部件之一，是計(jì)量、測(cè)量工作中必不可少的元器件。電力系統(tǒng)中其他元器件所使用的

電流互感器是電力系統(tǒng)中的主要部件之一，是計(jì)量、測(cè)量工作中必不可少的元器件。電力系統(tǒng)中其他元器件所使用的

電流互感器主要由三部分組成：鐵心、一次線圈和二次線圈。由于鐵心磁阻的存 在，電流互感器在傳變電流的過(guò)程中，必須消耗一小部分電流用于激磁，使鐵心磁 化，從而在二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和二次電流，電流互感器的誤差就是由于鐵心所 消耗的勵(lì)磁電流引起的。由于激磁電流和鐵損的存在，電流互感器一次電流和二次 電流的差值是一個(gè)向量，誤差包括比值差和相角差。 影響誤差的因素： 1、電流互感器的內(nèi)部參數(shù)是影響電流互感器誤差的主要因素。 ⑴二次線圈內(nèi)阻r2和漏抗x2對(duì)誤差的影響:當(dāng)r2增大時(shí)比差和角差都增大; x2增大時(shí)比差增大，但角差減小，因此要改善誤差應(yīng)盡量減小r2和適當(dāng)?shù)膞2 值。由于二次線圈內(nèi)阻r2和漏抗x2與二次負(fù)載rfh和xfh比較而言值很小，所以 改變r(jià)2和x2對(duì)誤差的影響不大，只有對(duì)小容量的電流互感器影響才較顯著。 ⑵鐵芯截面對(duì)誤差的影響：鐵芯截面增大使鐵芯的

提出了一種新型的有源光電電流互感器的總體設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)介紹了高壓側(cè)和低壓側(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法,高壓側(cè)到低壓側(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)光線路傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法及高壓側(cè)激光供能的實(shí)現(xiàn)方法。給出了基于該方案的試驗(yàn)樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明:按照該方案研制的試驗(yàn)樣機(jī)能夠滿(mǎn)足使用要求。

闡述電力計(jì)量電流互感器誤差特性。由被測(cè)電流互感器二次回路引起的測(cè)量誤差。提出了解決控制的方法。

本文針對(duì)于電流互感器暫態(tài)飽和對(duì)計(jì)量誤差產(chǎn)生了怎樣的影響,同時(shí)提出減少誤差的解決措施,以期對(duì)于未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有一定的幫助作用。