[發明專利]一種抗干擾電流傳感光纖及由其制成的電流傳感光纖環

有效

• 申請號: 201310552874.3
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103630963A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 黃勇
• 申請（專利權）人: 上海康闊光通信技術有限公司
• 主分類號: G02B6/024
• 分類號: G02B6/024;G01R19/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種電流傳感器中的抗干擾傳感光纖及傳感光纖環，具體屬于一種用于高壓輸電線路中測量電流和進行繼電保護的反射式全光纖電流傳感器中具有抗外界電磁干擾的傳感光纖或傳感光纖環。

背景技術

全光纖電流傳感器（或稱互感器）作為高壓輸電干線的關鍵設備之一，已受到國際電力行業越來越多的青睞和重視。國內外著名電力設備廠家，如ABB、Alstom、南瑞航天、南瑞繼保、中國電科院等，上百家企業及科研單位都投入了大量的人力、物力和財力競相研究和開發。雖然經過長達幾年甚至十幾年的努力，已經取得一定的成果和經驗，但是，2011年在中國國家電網公司的組織下，由武漢高壓研究主持對國內外主要（光纖型）電流互感器廠家所提供的互感器進行了嚴格測試，測試的結果表明現有的互感器離實際應用還有相當的距離和不足。除系統的電器部分抗電磁干擾性能差之外，還存在傳感器的整體性能不穩定、小信號的情況下噪聲大以及溫度重復性差等嚴重的不良特征。從技術角度來講，這些問題主要來源于傳感光纖環。因此，如何設計和使用正確而且可靠的電流傳感光纖環成為了一個非常核心的議題。

依據公開號為CN202614975U的實用新型專利公開的內容，由法拉第定律可以得到環內磁場對圓偏振光所產生的相位變化可表述為其中S為該光纖的有效法拉第感應系數，該系數一般與光纖的位置有關；H為磁場強度；l為沿光纖長度的積分元。假定電流傳感光纖是理想均勻的，那么可以認為S與光纖的位置無關，這樣環內磁場對圓偏振光所產生的相位變化可簡化為而對于環外的磁場，由于磁通量等于零，即所以這種設計從理論上來講是抗外場干擾的。

此外，如公開號為CN201589873U中所描述的具有變速螺旋區（即起轉段2）的雙折射電流傳感光纖及其做成的環特性，該變速螺旋光纖如果去掉螺旋，實際就是一根線雙折射保偏光纖。以熊貓光纖為例，具體結構如圖1所示，從功能上來講可以分為三個區，A區為保線偏振光纖，其左端一般與信號處理系統中的線保偏光纖熔接在一起；B區是具有變速螺旋的雙折射光纖，其左端螺旋速率為零，而右端螺旋速率達到設定的最高值，其長度一般在15至50公分之間；C區是螺旋速率為設定最高值的均勻螺旋的雙折射光纖，其長度一般在2-20米或者更長。圖1中的光纖特征已在專利文件中清楚描述，在此只作簡單描述。所述B區光纖和C區光纖都具有法拉第效應，只是B區的法拉第效應隨螺旋速率的增加而增加，即B區的有效法拉第感應系數是個變數，我們可以根據需要將其制作成隨位置線性增加，如圖1所示。而C區的法拉第效應是恒定的，即有效法拉第感應系數是個常數。如果用B區和C區光纖構成電流傳感環，環內磁場對光波所產生的相位變化只能描述為因為B區光纖的歸一化有效法拉第感應系數S沿B區光纖的長度是變化的。這樣根據上一段的描述，環外磁場對光波所產生的相位變化這說明用這種光纖做成的電流傳感光纖環是不抗外界干擾的。盡管可以通過一定的優化改善電流傳感光纖環的一些抗干擾特性，但離電力系統要求千分之二的誤差精度相距較遠，其抗干擾特性隨B區和C區的長度（假設B區光纖的長度為B，C區光纖的長度為C）之比B/C減小而增強，當B遠小于C且差別在三個數量級以上，才能勉強達到電力系統要求的誤差精度。

為此，專利CN202614975U提出了使用磁場屏蔽管來解決這個問題的方法，然而這種技術在實際的應用中仍存在一定的約束。第一，同一磁場屏蔽管的屏蔽能力隨磁場頻率的增加而增加，也就是說高頻中的磁場屏蔽管的屏蔽效果較好，但對于低頻特別是直流的屏蔽效果較差，這種現象就是常說的“趨膚效應”導致的，測試結果表明磁場屏蔽管即使對工頻磁場屏蔽的效果達到了千分之二的精度，但是對直流而言離這樣的精度還是存在很大的距離。第二，以額定工頻電流為1200A為例，為實現千分之二的誤差精度，磁場屏蔽管的壁厚需要2-3cm（直徑達到4-6cm），以長度為35cm的磁場屏蔽管為例，光是磁場屏蔽管的重量就接近8公斤。另外，由于磁場屏蔽管的長度和直徑的因素，也決定了傳感光纖或傳感光纖環的體積。為了解決上述幾方面的不足，迫切需要有一種新的方法來改善電流傳感光纖環的抗干擾性，既能不依賴于磁場的頻率特性，又可以大幅減少重量和體積。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種抗干擾電流傳感光纖及由其制成的電流傳感光纖環，可以有效地抑制變速螺旋區光纖對磁場的敏感性，提高傳感光纖環的抗干擾性，且與磁場的頻率無關。