[發(fā)明專利]光學(xué)電流傳感系統(tǒng)及電流測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210305440.9
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN102830258A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 栗晉升;張霄霆
• 申請（專利權(quán)）人: 易能（中國）電力科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R15/24
• 分類號(hào): G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 于未茗;宋志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)電流傳感技術(shù)，特別是一種光學(xué)電流傳感系統(tǒng)及電流測量方法。

背景技術(shù)

電流傳感器或互感器是冶金、化工、電力、電網(wǎng)等領(lǐng)域中用于檢測電流的重要設(shè)備。在智能電網(wǎng)中，需要布置大量的電流檢測點(diǎn)作為智能電網(wǎng)的眼睛。因此，傳感器的性能、成本、安裝便捷等多方面因素與智能電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行密切相關(guān)。

目前，已經(jīng)報(bào)道了大量基于羅氏線圈方案電子式電流互感器和法拉第效應(yīng)的光纖電流互感器。

羅氏線圈方案的電子式電流互感器的采集模塊必須放置在高壓側(cè)或鄰近位置，這就容易受到外場的電磁干擾，從而導(dǎo)致互感器失靈。此外，這種電流互感器在安裝時(shí)，通常需要將導(dǎo)體斷開。

基于法拉第效應(yīng)的全光纖電流互感器主要利用安培環(huán)路定律和法拉第磁光效應(yīng)來測量導(dǎo)體的電流。該方案性能優(yōu)異，可以徹底解決羅氏線圈存在的致命問題。但是其技術(shù)復(fù)雜，成本較高，適合高壓以及特高壓應(yīng)用。此外，該產(chǎn)品被預(yù)先封裝在封閉的環(huán)狀金屬結(jié)構(gòu)體內(nèi)，安裝時(shí)必須斷開被測導(dǎo)體，應(yīng)用不夠靈活，在中低壓領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。

然而，智能電網(wǎng)建設(shè)和老式變電站改造過程中，電流導(dǎo)線是不能輕易斷開的。可以看出，現(xiàn)有的羅氏線圈方案或基于法拉第磁光效應(yīng)的全光纖電流互感器，由于不能夠在現(xiàn)場進(jìn)行便捷式安裝，且成本較高，在中低壓電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)行無需斷開導(dǎo)體的便捷式安裝且成本低廉的光學(xué)電流傳感系統(tǒng)，以及相應(yīng)的對流經(jīng)導(dǎo)體的電流進(jìn)行測量的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)電流傳感系統(tǒng)，用于對流經(jīng)導(dǎo)體的電流進(jìn)行測量，該系統(tǒng)包括傳感單元、雙向收發(fā)單元和數(shù)據(jù)處理單元。傳感單元安裝在被測導(dǎo)體上，包括順序排布且光學(xué)準(zhǔn)直的第一準(zhǔn)直器、第一偏振器、磁光晶體、第二偏振器、第二準(zhǔn)直器。雙向收發(fā)單元包括：光源和分路單元。分路單元用于將光源發(fā)出的光分成第一路光和第二路光。第一路光從傳感單元的第一準(zhǔn)直器入射，第二準(zhǔn)直器出射，并獲得攜帶了電流信息的第一數(shù)據(jù)信號(hào)；第二路光從傳感單元的第二準(zhǔn)直器入射，第一準(zhǔn)直器出射，并獲得攜帶了電流信息的第二數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)處理單元用于對第一數(shù)據(jù)信號(hào)和第二數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，雙向收發(fā)單元還包括用于將光源發(fā)出的光束均勻化的消偏器。

在一個(gè)實(shí)施例中，分路單元可以包括第一分束器、第二分束器、第三分束器、第一探測器和第二探測器，其中第一分束器將光源發(fā)出并經(jīng)過消偏器的光分成第一路光和第二路光，其中第一路光經(jīng)由第二分束器入射到傳感單元的第一準(zhǔn)直器，從第二準(zhǔn)直器出射，并將攜帶了電流信息的第一數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由第三分束器輸入到第一探測器；第二路光經(jīng)由第三分束器入射到傳感單元的第二準(zhǔn)直器，從第一準(zhǔn)直器出射，并將攜帶了電流信息的第二數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由第二分束器輸入第二探測器。

在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元可以包括兩個(gè)第一AD采集器，分別從攜帶了電流信息的第一數(shù)據(jù)信號(hào)中采集到數(shù)據(jù)信號(hào)；兩個(gè)第二AD采集器，分別從攜帶了電流信息的第二數(shù)據(jù)信號(hào)中采集到數(shù)據(jù)信號(hào)；以及計(jì)算單元，從每個(gè)AD采集器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)中提取出直流分量和交流分量，并將交流分量與直流分量相除，得到表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算單元可以進(jìn)一步將從兩個(gè)第一AD采集器采集到數(shù)據(jù)信號(hào)中之一計(jì)算得到的表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)與從兩個(gè)第二AD采集器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)中之一計(jì)算得到的表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)相減，以消除測量結(jié)果中磁光材料的殘余雙折射引起的誤差。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用傳感單元對流經(jīng)導(dǎo)體的電流進(jìn)行測量的方法。該傳感單元安裝在導(dǎo)體上，并且包括順序排布且光學(xué)準(zhǔn)直的第一準(zhǔn)直器、第一偏振器、磁光晶體、第二偏振器、第二準(zhǔn)直器。該方法包括：將光源發(fā)出的光分為第一路光和第二路光；將所述第一路光沿第一方向流經(jīng)所述傳感單元，以得到攜帶了電流信息的第一數(shù)據(jù)信號(hào)；將所述第二路光沿與所述第一方向相反的第二方向流經(jīng)所述傳感單元，以得到攜帶了電流信息的第二數(shù)據(jù)信號(hào)；基于所述第一數(shù)據(jù)信號(hào)和所述第二數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，以得到表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，基于所述第一數(shù)據(jù)信號(hào)和所述第二數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算可以包括：從第一數(shù)據(jù)信號(hào)中提取出直流分量和交流分量，并將交流分量與直流分量相除，得到第一表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)；從第二數(shù)據(jù)信號(hào)中提取出直流分量和交流分量，并將交流分量與直流分量相除，得到第二表征流經(jīng)導(dǎo)體的電流的數(shù)據(jù)。