[發明專利]基于磁控光柵光閥的電流互感器及檢測母線電流的方法

有效

• 申請號: 201410626176.8
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104330605A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 韋樸;程澄;孫小菡;單雪康
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明屬于電力系統監測領域，具體來說，涉及一種基于磁控光柵光閥的電流互感器及檢測母線電流的方法。

背景技術

國民經濟的快速發展，使得電力的需求日益增長。電力系統在各個環節具有信息與控制系統，對電能的生產過程進行測量、調節、控制、保護、通信和調度，以保證用戶獲得安全、經濟、優質的電能。測量電流是一種獲取電力系統信息的常規手段。目前電力系統中大量使用的傳統電磁式電流互感器存在著磁飽和、電磁干擾、動態范圍小、頻帶范圍窄以及易燃易爆等問題。

為了解決這一問題，人們開始研究電子式互感器(英文簡稱：ECT)。電子式互感器具有電磁式互感器所不具備的優點：優良絕緣性、體積小、價格低、無磁飽和現象、無高壓開路危險、頻率響應寬、適應電力計量和保護數字化、智能化發展的潮流。

目前，電子式互感器分為全光型和混合型兩種。全光型電流互感器無需高壓供電，簡化了高壓端的設計，但是靈敏度以及易受溫度等因素影響，穩定性和可靠性存在問題。混合型電流互感器技術相對比較成熟，具有廣闊的應用前景，但是高壓端需要供電，增加了系統復雜度。同時，高壓端供電技術被國際少數幾家大公司壟斷，制約了國內電力行業的發展。

如何有效地解決全光型電流互感器穩定性和可靠性的問題成為了混合型電流互感器的一個發展方向。1996年，加拿大的Calgary大學提出了利用SF6玻璃的法拉第效應來測量母線電流，但是由于這種方法對機械加工工藝要求較高，精度難以提高。2005年，加拿大的NxtPhase公司提出了利用鈮酸鋰IOPC來測量母線電流的方案，但是由于其輸入、輸出光纖分別使用偏振光纖和保偏光纖，成本高，難以大規模應用。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于磁控光柵光閥的電流互感器，該電流互感器具有無需供能的功效。同時，還提供了利用該電流互感器檢測母線電流的方法，該方法結構易操作，且價格低廉。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種基于磁控光柵光閥的電流互感器，該電流互感器包括高壓母線、光源、磁控光柵光閥、光電接收機、AC/DC分離模塊、除法器和輸出電壓值；所述的光源的輸出端與磁控光柵光閥的輸入端連接；磁控光柵光閥的輸出端與光電接收機的輸入端連接；光電接收機的輸出端與AC/DC分離模塊的輸入端連接；AC/DC分離模塊的輸出端與除法器的輸入端連接；除法器的輸出端與輸出電壓值連接；高壓母線與磁控光柵光閥平行，且高壓母線位于磁控光柵光閥一側，光源和光電接收機位于磁控光柵光閥另一側。

進一步，所述的磁控光柵光閥包括硅襯底、支柱、永磁材料層、貫通孔、恒磁源、輸入光纖和輸出光纖，輸入光纖作為磁控光柵光閥的輸入端，輸出光纖的輸出端作為磁控光柵光閥的輸出端；支柱固定連接在硅襯底上，永磁材料層固定在支柱上，永磁材料層中設有n個貫通孔，輸入光纖的輸出端與永磁材料層的頂面相對，輸出光纖的輸入端與永磁材料層的頂面相對，恒磁源固定連接在輸入光纖的輸出端與輸出光纖的輸入端之間；其中，n為大于或等于1的正整數。

進一步，所述的支柱為兩個，分別固定連接在硅襯底頂面兩端。

進一步，所述的支柱上設有水平貫通的通孔，永磁材料層嵌至在支柱的通孔中。

進一步，所述的輸入光纖和輸出光纖均為單模光纖，輸入光纖的輸出端面為斜8°。

進一步，所述的永磁材料層由鋁鎳鈷合金制成。

進一步，所述的貫通孔為圓形。

一種利用上述的電流互感器檢測母線電流的方法，該方法包括以下過程：啟動光源，光源產生的光經輸入光纖傳輸至永磁材料層，一部分光被永磁材料層反射，另一部分光透過貫通孔傳輸至硅襯底的表面；傳輸至硅襯底表面的光中，一部分光經過硅襯底的反射穿過貫通孔，與被永磁材料層反射的光形成干涉，產生干涉光，干涉光傳輸至輸出光纖中，當高壓母線的母線電流發生變化時，磁控光柵光閥對光源產生的光的衰減也發生改變，根據μ＝P_in·α·I·β/A，由輸出電壓值測算出高壓母線的母線電流變化；其中，μ表示輸出電壓值，P_in表示光源的功率，I表示高壓母線的母線電流，α表示磁控光柵光閥的光衰減度與高壓母線的母線電流的比值，β表示光電接收機的響應度，A表示經過AC/DC分離模塊分離得到的DC分量的幅值。