[發(fā)明專利]一種高精度的光纖電流互感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811342254.6
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN111175557A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向強;楊懌;馮喆;徐磊;吳衍記;李宗利;王鍇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京自動化控制設(shè)備研究所
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 孫成林

本發(fā)明公開了一種高精度的光纖電流互感器，包括采集單元、保偏光纜、傳感環(huán)圈及導線抱箍，其中，采集單元通過保偏光纜與傳感環(huán)圈連接，傳感環(huán)圈上套有導線抱箍。本發(fā)明的優(yōu)點是，1)本發(fā)明克服了過去光纖電流互感器單母線結(jié)構(gòu)測量精度有限的技術(shù)現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地提出了光纖電流互感器綜合等效匝數(shù)的概念，可以根據(jù)額定電流和精度要求來設(shè)計該參數(shù)；2)本發(fā)明通過在傳感環(huán)圈外設(shè)計安裝一種多匝導線纏繞結(jié)構(gòu)，可通過聯(lián)合增加導線匝數(shù)和光纖匝數(shù)來提高光纖電流互感器的綜合等效匝數(shù)并進而大大提升測試精度，能滿足直流換流站不平衡電容塔等特殊應用條件下對安培級甚至更微小交直流電流測量的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種光纖電流互感器，具體涉及一種高精度的光纖電流互感器，可用來測量安培級甚至更小的交直流電流。

背景技術(shù)

電流互感器是電力系統(tǒng)中一種用來測量電流的基本設(shè)備，在保護、測量和計量方面都有普遍的應用。傳統(tǒng)電流互感器是基于電磁感應的電磁式互感器，已經(jīng)應用了上百年時間，為電力系統(tǒng)的發(fā)展做出了重要貢獻，但隨著當代智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)電壓等級的提高以及高壓、特高壓直流輸變電系統(tǒng)的發(fā)展，這種電磁式互感器的缺陷就逐漸暴露出來了，比如存在磁飽和現(xiàn)象、對故障響應速度不夠快、不能同時測量交直流和諧波信號等。近年來，隨著光纖和光學器件技術(shù)的不斷進步，光纖電流互感器得到了快速發(fā)展。這種新型互感器基于光纖中的磁光法拉第效應，同時應用了光纖陀螺中的數(shù)字閉環(huán)檢測技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)電流互感器的諸多缺陷，并且具有天然優(yōu)良的絕緣性能、動態(tài)范圍大等優(yōu)點，得到了電力行業(yè)廣泛關(guān)注，并在一定范圍內(nèi)取得了應用。

電力行業(yè)常規(guī)應用中，待測額定電流通常都是比較大的，往往在百安培或千安培的量級上，但在某些特殊的場合，例如直流換流站內(nèi)不平衡電容塔間的電流監(jiān)測點等，需要對安培級甚至更小的電流進行測量，這時一般的光纖電流互感器很難達到所需要的精度。為了解決小電流下的電流測量精度問題，需要開發(fā)一種高精度的光纖電流互感器。

專利《高精度全光纖電流互感器》(申請?zhí)枮椋篊N201010601079.5)公開了一種高精度互感器，通過信號調(diào)制解調(diào)單元和相位調(diào)制器實現(xiàn)了對光纖電流互感器的相位閉環(huán)控制，以提高系統(tǒng)的信噪比。專利《一種高精度高可靠全光纖電流互感器》(申請?zhí)枮椋篊N201410125918.9)公開了一種高精度高可靠全光纖電流互感器，通過數(shù)字信號處理單元利用第二單模耦合器的兩個輸出端輸出光的相關(guān)性，將兩束光轉(zhuǎn)換為電信號送入信號處理單元，利用數(shù)字電路相減法實現(xiàn)光源強度噪聲的抑制，以提高系統(tǒng)的測量精度。但以上專利所提供的兩種方法均無法使光纖電流互感器達到對安培級甚至更小電流進行準確測量的精度。

光纖電流互感器傳感環(huán)圈測量電流產(chǎn)生的相位差Δφ滿足以下公式：

Δφ＝4VN1N2I

式中V是光纖的費爾德常數(shù)，N1是電流導線穿過光纖傳感環(huán)圈的匝數(shù)，N2是光纖傳感環(huán)圈中傳感光纖的匝數(shù)，N1×N2可以看成互感器的綜合等效匝數(shù)，I是一次電流的大小。在同等電路解算精度的情況下，光纖電流互感器整體測量精度取決于Δφ，即相同電流產(chǎn)生的相位差越大，互感器測量精度就越高。過去光纖電流互感器都設(shè)計成讓單根一次導線直接穿過傳感環(huán)圈，相當于N1＝1,而考慮到結(jié)構(gòu)空間、綜合性能和產(chǎn)品成本等因素，N2的提高是有限度的，這樣互感器就無法準確測量安培級甚至更微小的電流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高精度的光纖電流互感器，通過一種多匝導線纏繞結(jié)構(gòu)，增加一次電流導線的匝數(shù)來提高光纖電流互感器的綜合等效匝數(shù)并進而大大提升測試精度，滿足直流換流站不平衡電容塔等特殊應用條件下對安培級甚至更微小交直流電流測量的需求。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高精度的光纖電流互感器，包括采集單元、保偏光纜、傳感環(huán)圈及導線抱箍，其中，采集單元通過保偏光纜與傳感環(huán)圈連接，傳感環(huán)圈上套有導線抱箍。

所述的傳感環(huán)圈包括四分之一波片、傳感光纖、反射鏡、保偏光纜、底座、光纖骨架和上蓋。