[發明專利]一種光學電流互感器

有效

• 申請號: 202010065194.9
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN113138302B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 閻嫦玲;羅蘇南;王耀;丁曄;熊慕文;須雷
• 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
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 冷文燕;武玉琴

本申請提供一種光學電流互感器。所述光學電流互感器包括光路、3×3光纖耦合器、分束器、光纖傳感環和信號處理器，所述光路產生入射正交線偏光；經過所述3×3光纖耦合器后輸出兩正交線偏光；所述分束器將所述兩正交線偏光合束并輸出合束正交線偏光；經過所述光纖傳感環的λ/4波片后，輸出兩正交圓偏光，沿所述光纖傳感環的傳感光纖傳輸，在傳感光纖的末端被反射鏡反射沿原路返回，返回的兩反射正交圓偏光再次經過所述光纖傳感環的λ/4波片后變成兩返回正交線偏光，經過所述分束器和所述3×3光纖耦合器后，返回所述光路形成三路干涉光信號；所述信號處理器對三路干涉光信號進行解調處理，確定位于光纖傳感環中的一次導體的被測電流。

技術領域

本申請涉及光學電流傳感器技術領域，具體涉及一種成本較低可靠性高的提供無源相位偏置的互易型全光纖光學電流互感器。

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，一次端是無源的，安全且綠色環保，且便于數字化，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。

目前研究較多的是基于相位調制器的光學電流互感器，其互易反射干涉儀結構的系統光路完全對稱，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。

基于相位調制器的全光纖式光學電流互感器其一次端只有光纖是無源的，抗電磁干擾能力強，目前已有商用產品，近年來在特高壓輸電系統中得到了越來越多的應用。目前商用的全光纖電流互感器均采用有源光學相位調制技術，需要使用寬帶光源11和光相位調制器15以及較長的保偏光纖延遲線和低噪聲的光電探測器16，具體構成如圖1所示。相位調制器15的加入是為了引入相位偏置，將系統的工作點移到靈敏度高的線性區。

目前該類型產品采用的相位調制器15主要有LiNbO3相位調制器或者壓電陶瓷(PZT)相位調制器。LiNbO3相位調制器制作工藝復雜，成品率低，價格高，半波電壓易受溫度影響，且易受環境濕度等因素影響導致失效。PZT相位調制器也有易受溫度影響性能不穩定的缺點。與相位調制器配合使用的保偏光纖一般需要幾百米，因而目前商用的全光纖電流互感器的成本相當高，這是導致全光纖電流互感器目前未在低壓輸配電系統使用的主要原因。雖然其一次端是無源的光纖傳感環，性能較穩定；但LiNbO3相位調制器和PZT調制器可能會影響二次端的穩定性，這也是全光纖電流互感器穩定性有待進一步提高的主要原因。

發明內容

本申請實施例提供了一種光學電流互感器，包括光路、3×3光纖耦合器、分束器、光纖傳感環、信號處理器，所述光路產生入射正交線偏光；所述3×3光纖耦合器的一邊的第一端連接所述光路，所述入射正交線偏光經過所述3×3光纖耦合器后，所述3×3光纖耦合器的另一邊的兩端分別輸出兩正交線偏光；所述分束器的第一端、第二端分別連接所述3×3光纖耦合器的所述另一邊的兩端，將所述兩正交線偏光合束并從所述分束器的第三端輸出合束正交線偏光；所述光纖傳感環連接所述分束器的第三端，所述合束正交線偏光經過所述光纖傳感環的λ/4波片后，輸出兩正交圓偏光，所述兩正交圓偏光沿所述光纖傳感環的傳感光纖傳輸，在所述傳感光纖的末端被反射鏡反射沿原路返回，返回的兩反射正交圓偏光再次經過所述光纖傳感環的λ/4波片后變成兩返回正交線偏光，所述兩返回正交線偏光經過所述分束器和所述3×3光纖耦合器后，所述3×3光纖耦合器的第一端、第二端、第三端輸出三路光信號返回所述光路形成三路干涉光信號；所述信號處理器連接所述光路，對三路所述干涉光信號進行解調處理，確定位于所述光纖傳感環中的一次導體的被測電流。