[發明專利]一種基于直通式薄膜型光學電流互感器

有效

• 申請號: 201410106861.8
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103837729A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 沈濤;胡超;魏新勞;于雪蓮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明屬于光學電流互感器領域。

背景技術

電流互感器是電力系統中進行電能計量和繼電保護的重要設備，其測量精度及運行的可靠性直接影響電力系統的安全運行。隨著電力系統中電壓等級的提高，傳統的電流互感器在測量和運行中逐漸暴露出了一系列缺點，例如大故障電流導致鐵芯磁飽和，從而無法記錄故障電流的實際大小及變化過程；鐵芯大電感導致相位滯后并使頻率響應受限制，從而無法記錄故障電流高頻分量，不利于故障分析；輸出端開路導致高壓；體積大、重量大、價格昂貴；還易受電磁干擾影響。因此，目對光學電流互感器的研究是一個熱點，現有的光學電流互感器因為具有以下優點：（1）不含油，沒有爆炸危險；（2）不含鐵芯，沒有鐵磁共振、磁飽和及大電感引起的滯后現象；（3）絕緣性能好，用來做傳感材料的光學玻璃、傳輸信號的光纖都是良好的絕緣材料；（4）無開路導致高壓的危險；（5）動態范圍大，可在相當寬的電流范圍內保持良好的線性特性；（6）測量頻帶寬，由于光通過傳感器部分只需要微秒級時間，因而頻帶寬度完全由信號處理部分電子線路響應速度決定；（7）受電磁干擾影響小；（8）體積小、重量輕、結構簡單，易于與數字設備連接等優點，受到了廣泛關注和研究。

但是，在實驗研究中發現，現有的光學電流互感器的光路系統復雜、組成元件數量多等因素大大的影響了光學電流互感器的長期運行穩定性。例如基于Faraday磁光效應的塊狀玻璃光學電流互感器，為了提高精度、抗電磁干擾等目的而對結構進行優化，傳感頭采用了雙層光路系統，由于結構原理本身的要求僅反射面一種光學元件就要至少六個，由于結構的光路變長，傳播過程中的光強的消耗變多，使得系統的運行穩定性變差，而且系統并沒有達到完全抗電磁干擾的效果。所以，光學電流互感器不能長期穩定的工作的主要原因是光學電流互感器的系統結構過于復雜，系統中的光學元件增多，使得光學電流互感器在運行工作時候光源的光能在傳輸過程中衰減的過多，并且系統抗外屆干擾的能力下降，使得最后輸出光信號經過處理后得不到在精度范圍的電流。

發明內容

本發明是為了解決現有的光學電流互感器結構中的光路系統復雜及由于光路系統復雜導致的光學電流互感器長期運行穩定性降低的問題。現提供一種基于直通式薄膜型光學電流互感器。

一種基于直通式薄膜型光學電流互感器，它包括光源、一號光纖、一號偏振控制器、二號光纖、傳感頭、三號光纖、二號偏振控制器、四號光纖和光電檢測器；

傳感頭包括套管、一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡、光纖輸入接頭和光纖輸出接頭；

光纖輸入接頭內部設置有四號透鏡，光纖輸出接頭內部設置有五號透鏡；光纖輸入接頭和光纖輸出接頭分別固定在套管的兩端，一號透鏡、二號透鏡和三號透鏡順次固定在套管的內部，且一號透鏡、二號透鏡、三號透鏡、四號透鏡、五號透鏡和套管同軸；

一號透鏡鄰近光纖輸入接頭的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜，三號透鏡鄰近光纖輸出接頭的透鏡表面上鍍有一層磁性薄膜；

一號透鏡與四號透鏡的距離為f，一號透鏡與二號透鏡之間的距離為2f，二號透鏡與三號透鏡的距離為f，三號透鏡與五號透鏡的距離為f；f為一號透鏡的焦距；

光源發出激光經一號光纖輸出至一號偏振器，經一號偏振器檢偏后輸出的線偏振光經二號光纖傳輸至傳感頭的光纖輸入接頭，經傳感頭透射的光信號經三號光纖傳輸至二號偏振控制器，經二號偏振控制器檢偏后輸出的線偏振光經四號光纖傳輸至光電檢測器的輸入端。

所述一號光纖和三號光纖的長度相等，且所述一號光纖和三號光纖的長度取值范圍為10m～100m；所述二號光纖和四號光纖的長度相等，且所述二號光纖和四號光纖的長度取值范圍均為1m～20m。

一號偏振控制器和二號偏振控制器的偏角均為22.5度。

所述一號透鏡、二號透鏡和三號透鏡為相同材料的透鏡；四號透鏡和五號透鏡為相同材料的透鏡。

本發明適用于電流檢測。

本發明的一種基于直通式薄膜型光學電流互感器，采用直通式光路，使光學電流互感器的結構簡單，結構簡單簡化了光的傳輸和轉化過程，從而提高了光學電流互感器的穩定性，還采用套管結構的傳感頭，避免了震動，穩定性好，在透鏡上鍍上的磁性薄膜材料，進一步提高了光學電流互感器的穩定性，相比現有的光學電流互感器，穩定性提高了30%以上。

附圖說明

圖1是一種基于直通式薄膜型光學電流互感器的結構圖；

圖2是一種基于直通式薄膜型光學電流互感器的傳感頭的結構圖。

具體實施方式