[發明專利]基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器

在審

• 申請號: 201510811815.2
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105425020A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 楊慶;劉通;司馬文霞;韓睿;孫尚鵬;袁濤;何彥霄;蘇培宇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R19/165
• 分類號: G01R19/165
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

技術領域

本發明屬于電壓智能感知領域，具體涉及一種非接觸式過電壓光電傳感器。

背景意義

高壓電網過電壓監測技術對于研究過電壓的行為特征和絕緣配合設計,保障電力系統安全運行具有重要的意義，伴隨著電力系統的蓬勃發展，對于電力系統線路的安全運行意義重大的高壓電網過電壓監測傳感器越來越得到重視。傳統的對電力系統進行計量與保護的高壓電壓傳感器都是采用電磁式電壓傳感器(VT)和電容傳感式電壓傳感器(CVT)，由于電力系統傳輸容量的不斷增大以及電壓等級的不斷提高，其自身缺陷如抗干擾能力較差、與一次電氣隔離困難等引發的諸多問題愈發顯現，越來越不能滿足電力系統工程實際的需要，因此研發一種無源、精確、抗干擾能力強、與一次電氣設備隔離的高壓電網過電壓傳感器迫在眉睫。

先進光學技術的快速發展使得眾多新型無源光纖電壓傳感器走入人們的視線，近些年已有許多新課題開始著手對新型無源光纖電壓傳感器進行研究，并已經研發出了各種型式的光纖電壓傳感器OVS(OpticVoltageSensor)，根據傳感原理主要可分為：傳光型無源OVS、有源OVS、全光纖OVS和基于電致伸縮原理的OVS。此類光纖電壓傳感器具有測量精度高，響應頻帶寬，抗電磁干擾能力強、體積小等眾多優點，但是其都不與一次電氣設備隔離，傳感器本身的故障可能會導致整個電網的故障，這為電網設備的安全運行埋下了重大隱患。隨著光電技術的不斷發展，將抗干擾能力極強的光電傳感技術運用到高壓電網過電壓監測上已經成為可能，如重慶大學自主研發的利用高低壓耦合分壓單元和具有一次電光效應即Pockels效應的電光晶體(LiNbO₃)進行電光轉換，實現對高壓電網過電壓監測的非接觸式過電壓光電傳感器已在實際工程現場中試運行，這對于推進高壓電網過電壓無源監測技術的發展，使得監測技術更安全可靠具有相當重要的意義。

在對此種基于單鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器進行初步性能試驗后，我們發現此種光電傳感器具有無源、響應時間快、抗干擾強且與電氣一次設備隔離的眾多優點，但是對溫度變化特別敏感，通過對器件逐一排除分析后我們得到基于Pockels效應的單鈮酸鋰晶體光電傳感器的核心——鈮酸鋰(LiNbO₃)晶體，由于其自身的特性，不僅對于電場敏感，溫度、壓力以及附加雙折射等都對鈮酸鋰晶體的晶體折射率、晶體對稱型等施加著重要影響，使得由LiNbO₃晶體自然雙折射引起的相位差受到極大干擾。然而在橫向電光調制中，LiNbO₃晶體自然雙折射引起的相位差決定了LiNbO₃晶體的靜態工作點，晶體靜態工作點的漂動將導致傳感器無法穩定在LiNbO₃晶體線性工作區內，嚴重影響電光器件的測量和精度，從而進一步影響其光學特性。因此，為了將基于電光晶體(LiNbO₃)pockels效應的光電傳感技術運用到高壓電網過電壓監測領域，就迫切需要研發一種受環境溫度干擾小，性能穩定的新型非接觸式過電壓光電傳感器。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓光電傳感器，不受環境溫度變化影響，與一次電力設備隔離，測量精度高，信號傳輸簡便。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：

包括非接觸傳感單元和雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元；

所述非接觸傳感單元包括金屬感應板和低壓臂模塊，所述金屬感應板用于設置在架空輸電線路下，低壓臂模塊設置于金屬感應板與地之間，低壓臂模塊包括電容C₂，所述電容C₂的一端與金屬感應板電連接，另一端接地，電容C₂與金屬感應板之間的電壓信號輸出端與雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的信號輸入端電連接。

進一步，所述基于雙鈮酸鋰晶體的非接觸式過電壓傳感器還包括金屬屏蔽外殼，金屬感應板通過絕緣螺釘和絕緣墊片固定于金屬屏蔽外殼上方，金屬屏蔽外殼接地，低壓臂模塊和雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元設置于金屬屏蔽外殼內。

進一步，所述雙鈮酸鋰晶體光電傳感單元的光路上依次包括光纖準直器、光學起偏器、1/4波片、LiNbO₃晶體I、π/2旋光片、LiNbO₃晶體II、光學檢偏器、光纖準直器；