[發明專利]一種光學電流互感器

在審

• 申請號: 201710270654.X
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106940395A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 閻嫦玲;王耀;羅蘇南;須雷;丁曄
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光學電流互感器，尤其涉及一種適用于柔性直流輸電系統的快速響應的高精度全光纖電流互感器。

背景技術

光學電流互感器具有體積小、重量輕，絕緣結構簡單，無磁飽和和鐵磁諧振以及二次開路等問題，動態范圍大、響應頻帶寬，暫態特性好，便于數字化等優點，更能適應電力系統的需求。光學電流互感器按光路結構可分為磁光玻璃式和全光纖兩類，全光纖式電流互感器利用光纖作為電流傳感材料，系統各元件均是通過光纖熔接連接而成，無分立元件，結構簡單，抗振動能力強，連接可靠，長期穩定性好，是電流互感器制造商重點研發的方向。

目前研究較多的是互易反射干涉儀結構的光學電流互感器，系統光路完全對稱，兩束偏振光始終在同一根光纖的兩個正交模式上傳輸，大多數干擾如振動等由于其良好的互易性而得到很好地抑制，只有由于Faraday效應在一次導體周圍的光纖傳感環中產生的與電流成正比的相移是非互易的，因而這種光學電流互感器能排除振動、溫度等環境因素的干擾，較好地探測出電流信息。

全光纖式光學電流互感器測量動態范圍大，一個光纖傳感環能同時滿足測量和保護的需求,可以同時測量直流和交流電流,而且其一次端只有光纖是無源的，抗電磁干擾能力強，近年來在交流特高壓控制保護和直流輸電系統中得到了越來越多的應用。

與傳統直流輸電技術相比，柔性直流輸電技術具有可控性高、設計施工方便環保、占地小及換流站間無需通信等優點，在可再生能源并網、分布式發電并網、孤島供電、城市電網供電等方面具有明顯的優勢。柔性直流電網與交流電網有較大不同，其故障有故障電流上升時間快，故障定位困難，影響范圍廣等特點。故柔性直流系統對測量設備的響應時間、動態范圍和精度要求極高。

目前常規交流和直流輸電系統要求光學電流互感器的采樣率一般為4kHz(交流)或10kHz(直流)，額定延遲時間小于500uS，階躍響應上升時間不超過400uS即可，這也是大多數光學電流互感器能滿足的技術水平。而柔性直流輸電系統對光學電流互感器響應時間和輸出數據的采樣頻率提出了更高的要求，要求光學電流互感器階躍響應時間不超過100uS，輸出電流數據的采樣頻率不低于50k。

光學電流互感器的光路系統的純延時τ(系統中兩束正交偏振光在干涉之前的渡越時間)決定了系統的調制頻率，而調制頻率則限制了電流數字信號最高采樣頻率；另一方面影響光學電流互感器階躍響應時間的主要因素有兩個：信號處理系統的相頻特性造成的延時和互感器的純延時，而影響其階躍響應時間的主要原因是解調輸出信號波動范圍較大，需要進行積分修正并反饋和作為系統數字輸出，此過程加大了光學電流互感器的純延時，從而加大階躍響應死區時間。

本發明就是針對柔性直流輸電系統應用需求，提出一種響應快、延遲時間短、電流數據采樣速率高的高精度光學電流互感器解決方案。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種能滿足柔性直流輸電系統需求的、數據輸出采樣頻率高、階躍響應時間短的高精度光學電流互感器。

為了達成上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種光學電流互感器，由采集單元1、傳輸光纖3和光纖傳感環2組成。所述采集單元1包括光源4、光電探測器5、分束器6、集成光學組件7和保偏光纖環8，以及包含光源驅動和信號調制解調功能的電子電路9。所述集成光學組件7由偏振模塊71和雙折射調制模塊72組成，偏振模塊71的透光軸和雙折射調制模塊72的主軸成45°或者135°。所述光纖傳感環2包含λ/4波片10，傳感光纖11和反射鏡12。光源4的尾纖與分束器6輸入光纖連接，分束器6另外兩光纖分別連接光電探測器5和集成光學組件7的輸入光纖；集成光學組件7的輸出光纖與保偏光纖環8尾纖連接，保偏光纖環8的另一尾纖與傳輸光纖3的一端連接，傳輸光纖3的另一端與光纖傳感環2的λ/4波片10熔接，波片10另一端與傳感光纖11熔接，反射鏡12位于傳感光纖11尾端，其中，λ為所述光源的中心波長。