CN102590585A - 一种用于电网大电流的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电网大电流的测量装置，包括激光光源、偏振测量仪、环形器、磁光晶体、光纤反射镜以及电脑，偏振测量仪不仅可以使偏振光的o光与e光产生不同的相位延迟而且可以检测偏振光的偏振态。磁光晶体及光纤反射镜是使偏振光在通过大电流产生的磁场后与入射光的偏振面有一个较大的偏角，光纤反射镜使偏振光两次通过磁光晶体从而两次经过大电流产生的磁场进而使偏振光的振动平面产生更大的角度偏转；环形器是使来自偏振测量仪的光只能沿着一个方向传播至光纤反射镜，而光纤反射镜反射回到环形器的光线不能返回激光光源而只能通过偏振测量仪的测试端来进行偏振态的检测。本发明的测量装置中不含铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。

Description

一种用于电网大电流的测量装置

技术领域

本发明涉及非接触式测量电网大电流的测量技术，更具体地说是涉及一种用于电网大电流的测量装置。

背景技术

在电网的运行过程中，电流的测量起着极为重要的作用，它为电力系统提供用于计量、控制和继电保护所必需的信息和参数。在现有技术中，对于高压电流的测量大都采用以电磁感应原理为基础的电磁式电流互感器，而随着电网电压的不断增加，出现了许多不足，例如这种传统的测量技术要求在高、低压端之间提供复杂昂贵的电气绝缘，因此高电压等级的电磁式电流互感器变得越来越笨重，价格越来越昂贵，而且给运输和安装带来困难，导致设备的安装检修不方便。加上电磁式电流互感器本身存在的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄、易燃易爆以及易受干扰等缺陷，市场上急需一种更为先进的测量装置。

发明内容

针对现有技术中电磁式电流互感器本身存在的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄、易燃易爆以及易受干扰等的问题，本发明的目的是提供一种用于电网大电流的测量装置。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于电网大电流的测量装置，包括激光光源、偏振测量仪、环形器、磁光晶体、光纤反射镜以及电脑，所述偏振测量仪的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述环形器的光输入端与偏振测量仪的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与环形器通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端还与光纤反射镜通过保偏光纤相连；所述环形器还与偏振测量仪的测试端通过保偏光纤相连；所述电脑与所述偏振测量仪相连。

所述激光光源采用1550nm或1310nm。

所述环形器为三孔环形器。

所述光纤反射镜采用FC-NPC接口。

与现有技术相比，采用本发明的一种用于电网大电流的测量装置，包括激光光源、偏振测量仪、环形器、磁光晶体、光纤反射镜以及电脑，所述偏振测量仪的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述环形器的光输入端与偏振测量仪的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与环形器通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端还与光纤反射镜通过保偏光纤相连；所述环形器还与偏振测量仪的测试端通过保偏光纤相连；所述电脑与所述偏振测量仪相连。采用激光光源的目的是产生稳定的线偏振光，偏振测量仪不仅可以使偏振光的o光与e光产生不同的相位延迟而且可以检测偏振光的偏振态；磁光晶体及光纤反射镜是使偏振光在通过大电流产生的磁场后与入射光的偏振面有一个较大的偏角，光纤反射镜是使偏振光两次通过磁光晶体从而两次经过大电流产生的磁场进而使偏振光的振动平面产生更大的角度偏转，保偏光纤是通过双折射的补偿使在其中传播的偏振光的偏振态不受应力的影响从而能够稳定传播不同偏振态的偏振光以及精确地测量偏振光的不同的偏振态；环形器保证来自偏振测量仪的光只能沿着单一方向传播至光纤反射镜，而光纤反射镜反射回到环形器的光线不能返回激光光源而只能通过偏振测量仪的测试端来进行偏振态的检测。

本发明的测量装置有益的技术效果如下：保偏光纤具有良好的绝缘特性，且造价低，故本发明的绝缘性好且结构简单、尺寸小、造价低。本发明的测量装置中不含铁芯，不存在磁饱和、铁磁谐振等问题，因而测量范围大，线性度好，频率响应范围宽，测量准确度高。通过光来传输信号，抗电磁干扰能力强，且低压侧不存在因开路而产生的高压危险，设备安装检修都比较方便运行安全。体积小、重量轻、动态测量范围大，而且测量的动态范围宽、灵敏度高。不仅如此，通过将光纤技术与微机技术有效地结合起来，应用于电力系统尤其是变电站综合自动化系统，适应电力计量和继电保护的数字化、微机化、自动化及光通信等的发展潮流。在正常情况下，电网运行的额定电流并不大，但短路电流却很大，且随着电网容量的增加，故障短路电流越来越大。电磁式电流互感器的电流测量范围有限，而采用本发明的测量装置额定电流可测到几千安培，瞬时电流可测到几十万安培。

总之，本发明的测量装置是对设于大电流产生的磁场内的磁光晶体内通过的偏振光产生的偏振态的变化，通过对偏振态变化的检测进而非接触式地检测电流的大小。

附图说明

图1是本发明的一种用于电网大电流的测量装置的原理示意图；

图2是本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示的一种用于电网大电流的测量装置，设于被测试电缆附近(图中的C为电缆中的电流方向)，包括激光光源11、偏振测量仪12、三孔环形器13、磁光晶体14、光纤反射镜15以及电脑(图中未示出)，偏振测量仪12的光输入端与激光光源11通过保偏光纤17相连，三孔环形器13的光输入端与偏振测量仪12的光输出端通过保偏光纤17相连，磁光晶体14的一端与三孔环形器13通过保偏光纤17相连，磁光晶体14的另一端还与光纤反射镜15通过保偏光纤17相连，这样偏振光在光纤反射镜15的作用下两次通过磁光晶体，这使其偏振态的改变量较一次经过磁光晶体的大了一倍。三孔环形器13还与偏振测量仪12的测试端通过保偏光纤17相连；电脑与偏振测量仪12相连，通过电脑调整其出射光的偏振态，使其最灵敏。将磁光晶体置于通有大电流的导线附近，工作后，电脑可以实时监控偏振态，迅速测量导线中的电流。当电流突然变大或者短路时，通过在不同位置处的各个点的的电流大小来迅速探测发生事故的具体位置。

在激光光源11采用1550nm或1310nm的情况下，保偏光纤能够保证激光的偏振态不会由于传播介质、传播路径或者传播方向以及外在应力的不同而产生偏振态的改变。

较佳地，光纤反射镜采用FC-NPC接口。

以下结合图2来说明发明的测量装置的原理，图中21为入射线偏振光，22为出射线偏振光，23为磁光晶体，24为法拉第线圈，θ为线偏振光旋转角，H为磁场，在磁场的作用下，本来不具有旋光性的物质也产生了旋光性(光矢量发生旋转)这种现象称作磁致旋光效应或者法拉第效应。

旋转矢量G_s＝γH_s

此处γ为旋磁比，H_s为磁场H在光传播方向上的分量。

物质旋光能力为ρ，则

此处n为折射率，λ为通过光的波长。

光通过物质的光程为1时，光偏振面的旋转角θ为

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\ρ}1=\frac{\mathrm{\π\γ}}{\mathrm{\λn}}{H}_{s}1=V{H}_{s}1$

此处

是传感光纤的费尔德常数，物理意义是每单位光程每单位场强的旋转角(抗磁物质+，顺磁物质-)

线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光材料时，其偏振面将发生旋转，线偏振光旋转角θ正比于磁场H沿着线偏振光通过材料路径的线积分：

θ＝V∫Hdl

由全电流定律有：

θ＝V∮Hdl＝VNi

此处，线偏振光旋转角θ，N是环绕载流导体的光纤匝数，i为被测电流大小，V是传感光纤的费尔德常数。通过探测线偏振光旋转角θ的大小来探测电流的变化。电流与线偏振光旋转角θ成正比，测出线偏振光旋转角θ即可求出电流。并且磁光晶体中的环路数越多，测量灵敏度越高。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种用于电网大电流的测量装置，其特征在于，

包括激光光源、偏振测量仪、环形器、磁光晶体、光纤反射镜以及电脑，所述偏振测量仪的光输入端与激光光源通过保偏光纤相连，所述环形器的光输入端与偏振测量仪的光输出端通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的一端与环形器通过保偏光纤相连，所述磁光晶体的另一端还与光纤反射镜通过保偏光纤相连；所述环形器还与偏振测量仪的测试端通过保偏光纤相连；所述电脑与所述偏振测量仪相连。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述激光光源采用1550nm或1310nm。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述环形器为三孔环形器。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：

所述光纤反射镜采用FC-NPC接口。

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