反射式光纖電流互感器光波偏振態(tài)相互轉(zhuǎn)換過程中的誤差特性

本文介紹了光纖電流傳感器的技術(shù)發(fā)展,光纖電流傳感器的分類、測量原理及優(yōu)缺點(diǎn),以及相關(guān)專利申請分析。

文章研究了全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu),闡述了幾種國際上主流的光學(xué)電流互感器的研究方向,比較分析了非干涉型電流互感器、sagnac型電流互感器以及普遍采用的反射式結(jié)構(gòu)電流互感器、新型反射式全光纖電流互感器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。對今后進(jìn)一步進(jìn)行全光纖電流互感器的實(shí)用化研究具有一定的意義。

為了使光纖電流互感器具有快速、準(zhǔn)確地測量出電流值的能力,本文在分析法拉第電磁感應(yīng)效應(yīng)的偏振調(diào)制型全光纖電流互感器的基礎(chǔ)上引入雙光路檢測法,將光纖中輸出的線偏振光分成振動方向相互垂直、傳播方向成一定夾角的兩束光。經(jīng)光信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號后系統(tǒng)對其進(jìn)行放大、濾波處理后得到無噪正弦波信號,結(jié)合tms320f28335測試平臺對輸出的兩路信號進(jìn)行同步采集、解調(diào),通過運(yùn)算求出法拉第旋轉(zhuǎn)角,并擬合法拉第旋角與參考電流值得出兩者關(guān)系式,最終使測量系統(tǒng)能夠在高壓環(huán)境下快速、準(zhǔn)確地測量電流值。由此可見,本系統(tǒng)適用于高壓環(huán)境下對大電流進(jìn)行檢測。

介紹了全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu),分析了系統(tǒng)輸出信號的特點(diǎn),指出工頻干擾及線性雙折射效應(yīng)是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要問題.提出并實(shí)現(xiàn)了基于光源調(diào)制的抑制工頻干擾方法.該方法利用2000hz的方波光源作為互感器的光驅(qū)動,系統(tǒng)的輸出信息由原來的一路變成了兩路,通過兩路信息的融合有效地抑制了電路工頻干擾.理論分析及實(shí)驗結(jié)果表明,在不增加系統(tǒng)復(fù)雜性和硬件投入的條件下,該方法不僅抑制了電路中的低頻干擾,還有效地抑制了工頻干擾,提高了系統(tǒng)的信噪比,為提高全光纖電流互感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提供了新的方法.

分析了全光纖電流互感器(afoct)光纖元件的雙折射來源和影響,針對其應(yīng)力加載特征,提出一種適用于系統(tǒng)的光纖雙折射參數(shù)測量方法。測量基于研究雙折射對偏振態(tài)的調(diào)制情況,在邦加球上分析傳輸光偏振態(tài)隨不同光程的演化軌跡,可獲得待測光纖橢圓雙折射參數(shù),相對誤差在2.85%以內(nèi)。驗證實(shí)驗說明基于測量結(jié)果的變比估計相對偏差1.08%。該方法準(zhǔn)確度優(yōu)于傳統(tǒng)方法,裝置結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)。由傳感光纖雙折射測量結(jié)果可推導(dǎo)afoct系統(tǒng)的變比,也可作為溫度、振動補(bǔ)償實(shí)驗的依據(jù)。本方法可作為設(shè)計制作afoct系統(tǒng)過程中的一個有力的參考。

全光纖電流互感器技術(shù)驗收成功 3月6日，由中國電科院承擔(dān)的國家電網(wǎng)公司科技工程“500kv相位調(diào)制型全光 纖電流互感器關(guān)鍵技術(shù)研究”順利通過公司科技部組織的驗收。驗收專家組在聽 取工程匯報后，對研究成果給予了高度評價，并一致同意工程通過驗收。 2007年，為克服輸電線路串聯(lián)補(bǔ)償高壓平臺惡劣電磁環(huán)境對串補(bǔ)測量回路的影 響，提高串補(bǔ)可靠性，鑒于光纖電流互感器具有安全性能好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、 動態(tài)范圍寬、響應(yīng)快、成本低、壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，中國電科院開 始進(jìn)行全光纖電流互感器的研發(fā)。 2008年完成實(shí)驗室樣機(jī)，2009年正式獲得公司科技立項。經(jīng)過兩年的研發(fā)，已 全面掌握全光纖電流互感器核心技術(shù)，完成500kv相位調(diào)制型全光纖電流互感器 樣機(jī)研制工作，并順利通過型式實(shí)驗。樣機(jī)測量精度可達(dá)0.2s級，進(jìn)入世界先 進(jìn)行列。在此基礎(chǔ)上，完成光纖電流互感器產(chǎn)品系列化研制，包括

光路系統(tǒng)的偏振誤差極大地制約著準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器的準(zhǔn)確度.借助瓊斯矩陣,建立了分立光學(xué)器件及光纖熔接點(diǎn)的傳輸模型,推導(dǎo)出完整的電壓互感器光路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.以此模型為基礎(chǔ),對電壓互感器中的偏振誤差進(jìn)行了仿真分析.結(jié)果表明:光源偏振度、起偏器消光比及起偏器與相位調(diào)制器的對軸角度主要影響系統(tǒng)的檢測靈敏度;法拉第準(zhǔn)直旋光器的旋光角度、法拉第準(zhǔn)直旋光器與bgo晶體的對軸角度誤差是主要的偏振誤差源,影響系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性;根據(jù)電子式電壓互感器iec60044-70.2s級標(biāo)準(zhǔn),法拉第旋光角度誤差應(yīng)該小于1.6°,旋光器與bgo晶體對軸角度誤差小于1.85°.該研究對準(zhǔn)互易反射式光學(xué)電壓互感器光路設(shè)計和誤差抑制具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義.

介紹了一種可以用于在線測量、實(shí)時安裝、拆卸的開合式光纖電流互感器方案。在傳感頭開啟過程中,利用傳感頭內(nèi)部一段橡膠骨架的彈性產(chǎn)生均勻變形,使繞制在上面的光纖應(yīng)力變化較小。為了保證互感器的溫度穩(wěn)定性,傳感頭內(nèi)部骨架主要為石英材料,由于石英骨架加工的誤差比較大,所以采用長圓孔的支架將其固定在傳感頭結(jié)構(gòu)上。信號處理部分基于全數(shù)字閉環(huán)檢測,采用方波調(diào)制方案,并通過數(shù)字階梯波反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)檢測。在開合過程后對開合式互感器進(jìn)行測試分析,實(shí)驗結(jié)果表明系統(tǒng)的變比穩(wěn)定性可以達(dá)到了0.5%的精度,可以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

由考慮相位延遲的光纖四分之一波片以及存在雙折射的傳感光纖的瓊斯矩陣分別推導(dǎo)出二者單獨(dú)以及同時受溫度影響的光纖電流互感器的理論輸出模型,對比傳統(tǒng)的電流解調(diào)公式,得到單獨(dú)以及同時針對四分之一波片相位延遲和傳感光纖雙折射的修正的電流解調(diào)公式,理論上修正后的電流解調(diào)公式可以減小系統(tǒng)測量精度的溫度漂移問題。

通過分析光源功率、中心波長、傳感光纖verdet常量,以及閉環(huán)光纖電流互感器變比之間的關(guān)系,結(jié)合測試數(shù)據(jù),證明了中心波長漂移是光源功率衰減引起閉環(huán)互感器變比變化的主要原因.提出了一種通過提取光路干涉結(jié)果中直流信息,修正閉環(huán)互感器數(shù)字輸出的方法,實(shí)現(xiàn)光源功率衰減引起的互感器變比誤差補(bǔ)償.實(shí)驗結(jié)果表明,在出光功率衰減程度相同的情況下,閉環(huán)互感器變比變化量從補(bǔ)償前的1.53%降低到了補(bǔ)償后的0.45%.

敘述了采用集成光學(xué)調(diào)制器的光纖電流互感器的工作原理。在此基礎(chǔ)上分析了集成光學(xué)調(diào)制器調(diào)制系數(shù)隨溫度變化對光纖電流互感器測量精度的影響,對其產(chǎn)生的測量誤差進(jìn)行了仿真。在四態(tài)波調(diào)制的基礎(chǔ)上,提出了對調(diào)制系數(shù)引起的調(diào)制通道增益變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆答伩刂品椒?有效降低了調(diào)制系數(shù)變化引起的測量誤差。試驗結(jié)果與理論分析一致,表明該方法有效。該方法同時還可以有效減小調(diào)制器調(diào)制系數(shù)隨時間長期變化對光纖電流互感器測量精度的影響。

介紹了采用柔性全光纖電流互感器(ffoct)的發(fā)電機(jī)保護(hù)總體方案和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及ffoct結(jié)構(gòu)和工作原理.詳細(xì)介紹了ffoct的關(guān)鍵技術(shù)難題并給出了對應(yīng)的解決方案:采用旋轉(zhuǎn)高雙折射(spunhi-bi)光纖制作可現(xiàn)場纏繞在導(dǎo)體周圍的傳感光纜,并對采用spunhi-bi光纖的ffoct的電流檢測靈敏度和抵御外界干擾的能力進(jìn)行了理論分析;采用四態(tài)方波調(diào)制和階梯波反饋的全數(shù)字雙閉環(huán)解調(diào)方案改善ffoct動態(tài)范圍、測量精度以及系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性.測試結(jié)果表明研制的ffoct滿足測量0.2級、保護(hù)5tpe的精度要求.最后簡單介紹了用于觀音巖水電站發(fā)電機(jī)保護(hù)的ffoct的現(xiàn)場安裝與應(yīng)用情況.

線性雙折射嚴(yán)重削弱了光纖電流互感器性能,線性雙折射測量是線性雙折射抑制的基礎(chǔ)。構(gòu)建了線性雙折射測量系統(tǒng),提出了雙偏振片調(diào)制法,據(jù)此消除傳感光纖與相鄰光器件之間方位角的影響；仿真研究了線性雙折射測量中存在的多解問題,提出基于全局尋優(yōu)算法的解決方案；在此基礎(chǔ)上,分別測試三種不同傳感光纖環(huán)的線性雙折射。仿真結(jié)果表明:所述方法與邦加球法的測量偏差≤5%,方法可行。

09-光纖電流互感器及其在線測溫方法

電流互感器是電網(wǎng)最普遍、最基本的高壓設(shè)備之一，其職能是對電網(wǎng)中最基本的物理量--電流進(jìn)行測量，作為電網(wǎng)的“眼睛”它肩負(fù)著兩個重要的使命。

電流互感器是電氣測量中一種常用設(shè)備。利用互感器的變比關(guān)系將大電流變成小電流,使測量儀表不用直接接到被測的線路上,同時二次回路可以按需要接成任何方式的接線圖,以滿足計量、繼電保護(hù)、自動控制等方面的要求。電流互感器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)中,本文結(jié)合互感器的工作原理,詳盡地分析了電流互感器的誤差及影響誤差的因素,并提出了減小誤差的方法。

電流互感器是電力系統(tǒng)中的主要部件之一，是計量、測量工作中必不可少的元器件。電力系統(tǒng)中其他元器件所使用的

電流互感器主要由三部分組成：鐵心、一次線圈和二次線圈。由于鐵心磁阻的存 在，電流互感器在傳變電流的過程中，必須消耗一小部分電流用于激磁，使鐵心磁 化，從而在二次線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢和二次電流，電流互感器的誤差就是由于鐵心所 消耗的勵磁電流引起的。由于激磁電流和鐵損的存在，電流互感器一次電流和二次 電流的差值是一個向量，誤差包括比值差和相角差。 影響誤差的因素： 1、電流互感器的內(nèi)部參數(shù)是影響電流互感器誤差的主要因素。 ⑴二次線圈內(nèi)阻r2和漏抗x2對誤差的影響:當(dāng)r2增大時比差和角差都增大; x2增大時比差增大，但角差減小，因此要改善誤差應(yīng)盡量減小r2和適當(dāng)?shù)膞2 值。由于二次線圈內(nèi)阻r2和漏抗x2與二次負(fù)載rfh和xfh比較而言值很小，所以 改變r2和x2對誤差的影響不大，只有對小容量的電流互感器影響才較顯著。 ⑵鐵芯截面對誤差的影響：鐵芯截面增大使鐵芯的

針對電流互感器復(fù)合誤差數(shù)據(jù)的測量,通過實(shí)例對復(fù)合誤差直接試驗法費(fèi)用高、試驗復(fù)雜等問題做出了說明.在此基礎(chǔ)上又從理論的角度分析了間接試驗法的優(yōu)點(diǎn)及其可行性.介紹了在出廠試驗和用戶現(xiàn)場試驗中幾種常用的間接試驗方法,并對試驗后伏安特性曲線的繪制和數(shù)據(jù)的判斷做了具體的說明.

提出的電流互感器誤差低壓外推測試法,是將現(xiàn)場電流互感器當(dāng)作誤差相同的電壓互感器進(jìn)行測試,先在200%～1000%額定電壓(電流)下測互感器的誤差和導(dǎo)納等參數(shù),再通過在1%～120%額定電壓(電流)下測導(dǎo)納,進(jìn)而由公式推算出電流互感器的誤差。測試結(jié)果表明與傳統(tǒng)方法相符,故這種新方法的推廣、應(yīng)用將對現(xiàn)場電流互感器的檢定產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在進(jìn)行ta(電流互感器)5%誤差曲線測試時,發(fā)現(xiàn)用omicronta測試儀得出的數(shù)據(jù)失真。利用ta勵磁曲線數(shù)據(jù),重新對5%誤差曲線進(jìn)行了手工計算,得出了矯正后的數(shù)據(jù)曲線。通過對不同ta測試數(shù)據(jù)的分析和對比,指出此測試儀在5%誤差曲線繪制時可能存在擬合錯誤。

為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和測量，但一般的測量和保護(hù)裝置不能直接接人一次高壓設(shè)備，而需要將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流按比例變換成低電壓和小電流，供給測量儀表和保護(hù)裝置使用。執(zhí)行這些變換任務(wù)的設(shè)備，最常見的就是我們通常所說的互感器。