CN102608380A

CN102608380A - 自感应光电混合式电流互感器

Info

Publication number: CN102608380A
Application number: CN2012100485022A
Authority: CN
Inventors: 马任德; 闫珂柱; 田建祥; 秦文华; 周留柱; 孟祥省
Original assignee: Qufu Normal University
Current assignee: Qufu Normal University
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN102608380B

Abstract

自感应光电混合式电流互感器，通过用光纤传感器，检测带铁芯的双螺线管中的两个螺的振动信息，来检测超高压大电流。包括有电流母线、精密罗氏线圈、带铁芯的双螺线管、光纤光栅、光纤、光纤耦合器、光纤振动传感器、光纤隔离器、波长解调仪、多波长LD光源、光电探测器和信号处理单元。电流母线上连接设置有精密罗氏线圈，与精密罗氏线圈相连接，设置有带铁芯的双螺线管，带铁芯的双螺线管同时连接到光纤光栅和光纤振动传感器，光纤振动传感器连接到信号处理单元，光纤光栅向下连接到光纤，到光纤耦合器，光纤耦合器向下同时连接到光纤隔离器和波长解调仪，光纤隔离器向下连接到多波长LD光源。本发明整体结构简单，操作方便，稳定性好，安全稳定可靠。

Description

自感应光电混合式电流互感器

技术领域

本发明涉及高压电器与光学测量领域的光电转换装置，尤其涉及自感应光电混合式电流互感器。

背景技术

随着电力系统电压等级的不断升高，传统油浸式电流互感器的内绝缘越来越困难，而且潜在着意外事故风险，以及近年国家提出建设数字电网的计划，使传统油浸式电流互感器越来越不能满足现实需求；虽然基于磁光法拉第效应的光学电流互感器是一种集光纤传感技术、光电技术、非线性光学以及先进的信号处理技术等多学科理论与应用技术于一体的新型高压电流互感器，与传统的高压大电流互感器技术相比，光学电流互感器具有绝缘性能优良、无磁饱和、动态测量范围大、抗电磁干扰能力强等优点，成为下一代电流互感器的新方向，但是现有技术的光学电流互感器的研制遇到了随温度变化的线性双折射对检测结果有巨大影响的问题，而且这种影响无法在系统中直接消除，使研发遇到了瓶颈，很多研究者对此失去了信心；此外，采用与一次侧等电位的罗氏线圈电流互感器，由于信号需要在一次侧进行处理，使得互感器的可靠性与维护性降低，限制了此类互感器的推广。因此需要寻求新型传感测量方式。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术互感器的不足之处，提供一种不需要做内绝缘，不需要磁光玻璃，不需要向高压端供能的自感应光电混合式电流互感器。把串联两个螺线管的常规电磁式电流互感器用作一次传感元件，此常规电流互感器内的二次侧电流驱动其中串联的两个螺线管振动，定义此振动为自感应振动；一个光纤振动传感器被用作二次传感元件，用其测量两个螺线管的自感应振动，经过解调后得到被测一次电流。一次传感元件与一次侧电压同电位，二次传感元件的光纤传感器自身绝缘性能好，所以本发明的光电混合式电流互感器不需做内绝缘，抗冲击性能好，结构简单，稳定可靠。

本发明所述自感应光电混合式电流互感器，包括有电流母线、精密罗氏线圈、带铁芯的双螺线管、光纤光栅、光纤、光纤耦合器、光纤隔离器、波长解调仪A、波长解调仪B、光电探测器A、光电探测器B、信号处理单元、多波长LD光源、光纤振动传感器。其中带铁芯的双螺线管包括：带铁芯的螺线管A、带铁芯的螺线管B，光纤光栅包括：光纤光栅A、光纤光栅B、光纤光栅C。电流母线上连接设置有精密罗氏线圈，与精密罗氏线圈相连接，设置有带铁芯的双螺线管，带铁芯的双螺线管同时连接到光纤光栅和光纤振动传感器，光纤振动传感器连接到信号处理单元，光纤光栅向下连接到光纤，光纤向下连接到光纤耦合器，光纤耦合器向下同时连接到光纤隔离器、波长解调仪A和波长解调仪B，光纤隔离器向下连接到多波长LD光源，波长解调仪A则连接到光电探测器A，波长解调仪B则连接到光电探测器B，光电探测器A和光电探测器B一并连接到信号处理单元。精密罗氏线圈从一次侧电流母线感应得二次侧小电流，此电流进入带铁芯的双螺线管，所说的带铁芯的双螺线管为用同一根导线绕制，且带铁芯，两个带铁芯的双螺线管的绕制方向相反或相同，它们之间的作用力为斥力或引力，当电流变化时此作用力也变化，并使两个螺线管产生振动，此振动信息反映了螺线管中二次侧电流的大小，也就反映了一次侧母线中的电流。若双螺线管的绕制方向相反，两螺线管分别称作带铁芯的螺线管A和带铁芯的螺线管B，则它们之间的作用力为斥力，光纤光栅A固定于带铁芯的螺线管A，用于测量带铁芯的螺线管A的振动，光纤光栅B固定于带铁芯的螺线管B，用于测量带铁芯的螺线管B的振动，带铁芯的双螺线管的振动信息转变成了光纤光栅A和光纤光栅B的波长变化信息。若带铁芯的双螺线管的绕制方向相同，两螺线管分别称作带铁芯的螺线管A和带铁芯的螺线管B，则它们之间的作用力为引力，光纤光栅C固定于两螺线管之间，用于检测引力的大小，带铁芯的双螺线管的作用力信息转变成了光纤光栅C的波长变化信息。光纤振动传感器的传感头与带铁芯的双螺线管相连，另一侧与信号处理单元相连，用于检测由于外界噪声引起的带铁芯的双螺线管的振动，并利用信号处理单元进行补偿。光纤一端与光纤光栅相串连，光纤另一端与光纤耦合器一侧相连，光纤耦合器另一侧与光纤隔离器相连的同时，分别与波长解调仪A和波长解调仪B相连，其中波长解调仪A和波长解调仪B之后分别与光电探测器A和光电探测器B相连，光电探测器A和光电探测器B之后与信号处理单元相连，光纤隔离器之后与多波长LD光源相连，此部分设计把光栅的波长变化信息提取并进行分析，最终获得一次侧电流母线中的电流大小。

试验证明：本发明所述的自感应光电混合式电流互感器，不仅可以非常精确地测量超大电流，而且不需做内绝缘，不需磁光玻璃，不需向高压端供能，能抗大电流冲击，抗电磁干扰，温度性能稳定。本发明具有结构简单，操作方便，稳定性好，安全可靠等特点，可以广泛用于超大电流检测生产实践中。本发明把串联两个螺线管的常规电磁式电流互感器用作一次传感元件，此常规电流互感器内的二次侧电流驱动其中串联的两个螺线管振动，定义此振动为自感应振动；一个光纤振动传感器被用作二次传感元件，用其测量两个螺线管的自感应振动，经过解调后得到被测一次电流。一次传感元件与一次侧电压同电位，二次传感元件的光纤传感器自身绝缘性能好，所以本发明的光电混合式电流互感器不需做内绝缘，抗冲击性能好，结构简单，稳定可靠。

附图说明

附图1是本发明所述自感应光电混合式电流互感器的原理性结构示意图；附图2是反向绕制的双螺线管结构示意图；附图3是同向绕制的双螺线管结构示意图。1—电流母线 2—精密罗氏线圈 3—带铁芯的双螺线管 4—光纤光栅 5—光纤 6—光纤耦合器 7—光纤振动传感器 8—光纤隔离器 9—波长解调仪A 10—波长解调仪B 11—多波长LD光源 12—光电探测器A 13—光电探测器B 14—信号处理单元 15—带铁芯的螺线管A 16—光纤光栅A 17—光纤光栅B 18—带铁芯的螺线管B 19—光纤光栅C。

具体实施方式

现参照附图1、附图2和附图3，结合实施例说明如下：本发明所述自感应光电混合式电流互感器，包括有电流母线1、精密罗氏线圈2、带铁芯的双螺线管3、光纤光栅4、光纤5、光纤耦合器6、光纤振动传感器7、光纤隔离器8、波长解调仪A9、波长解调仪B10、多波长LD光源11、光电探测器A12、光电探测器B13、信号处理单元14、带铁芯的螺线管A15、光纤光栅A16、光纤光栅B17、带铁芯的螺线管B18和光纤光栅C19。电流母线1上连接设置有精密罗氏线圈2，与精密罗氏线圈2相连接，设置有带铁芯的双螺线管3，带铁芯的双螺线管3同时连接到光纤光栅4和光纤振动传感器7，光纤振动传感器7连接到信号处理单元14，光纤光栅4向下连接到光纤5，光纤5向下连接到光纤耦合器6，光纤耦合器6向下同时连接到光纤隔离器8、波长解调仪A9和波长解调仪B10，光纤隔离器8向下连接到多波长LD光源11，波长解调仪A9则连接到光电探测器A12，波长解调仪B10则连接到光电探测器B13，光电探测器A12和光电探测器B13一并连接到信号处理单元14。

精密罗氏线圈2从一次侧电流母线1感应得二次侧小电流，此电流进入带铁芯的双螺线管3，所说的带铁芯的双螺线管3为用同一根导线绕制，且带铁芯，带铁芯的双螺线管3包括带铁芯的螺线管A15、带铁芯的螺线管B18，两个带铁芯的螺线管的绕制方向相反或相同，它们之间的作用力为斥力或引力，当电流变化时此作用力也变化，并使两个螺线管产生振动，此振动信息反映了螺线管中二次侧电流的大小，也就反映了一次侧母线中的电流。

若双螺线管的绕制方向相反，则带铁芯的螺线管A15和带铁芯的螺线管B18之间的作用力为斥力，光纤光栅A16固定于带铁芯的螺线管A15，用于测量带铁芯的螺线管A15的振动，光纤光栅B17固定于带铁芯的螺线管B18，用于测量带铁芯的螺线管B18的振动，带铁芯的双螺线管3的振动信息转变成了光纤光栅A16和光纤光栅B17的波长变化信息。

若带铁芯的双螺线管3的绕制方向相同，则带铁芯的螺线管A15和带铁芯的螺线管B18之间的作用力为引力，光纤光栅C19固定于两螺线管之间，用于检测引力的大小，两带铁芯的双螺线管3的作用力信息转变成了光纤光栅C19的波长变化信息。

光纤振动传感器7的传感头与带铁芯的双螺线管3的支架相连，另一侧与信号处理单元14相连，用于检测由于外界噪声引起的带铁芯的双螺线管3的振动，并利用信号处理单元14进行补偿。光纤5一端与光纤光栅4相串连，光纤5另一端与光纤耦合器6一侧相连，光纤耦合器6另一侧与光纤隔离器8相连的同时，分别与波长解调仪A9和波长解调仪B10相连，其中波长解调仪A9和波长解调仪B10之后分别与光电探测器A12和光电探测器B13相连，光电探测器A12和光电探测器B13之后与信号处理单元14相连，光纤隔离器8之后与多波长LD光源11相连，此部分设计把光栅的波长变化信息提取并进行分析，最终获得一次侧电流母线中的电流大小。

精密罗氏线圈2从一次侧电流母线感应到一个与母线电流有精确比例关系的小电流，此小电流被传输进入带铁芯的双螺线管，双螺线管用同一根导线按相反方向或相同方向绕制，它们具有相同结构，并且带有铁芯，放置位置距离一次侧母线相对较远，串联于精密罗氏线圈2的二次侧电路当中，构成一个常规电磁式电流互感器，在某些情况下，可在螺线管外做一电磁屏蔽系统。两螺线管之间的作用力为斥力或引力，当电流周期性变化时此力也周期性变化，并且使螺线管发生振动，此振动信息反映了二次侧双螺线管中电流的大小，也反映了一次侧母线中的电流。如果两个螺线管采用相反方向绕制，当有外磁场穿过螺线管时，一个螺线管受力会增大，另一个螺线管受力减小，螺线管受力或振幅大小可改变与其相连的光纤光栅4的反射波长，此波长的光波经光纤5传回光纤耦合器6，出射后分成两路，并分别用波长解调仪解调，用光电探测器探测，得到的电信号传至信号处理单元14进行处理，得到光栅波长改变量，经信号处理消除外磁场的影响，并得到螺线管中电流的大小，最终计算得到一次侧母线中电流。如果两个螺线管采用相同方向绕制，当有外磁场穿过螺线管时，两螺线管受到外磁场的影响相同，可忽略外磁场的影响，两螺线管之间的作用力恒为引力，用放置于螺线管之间的光纤光栅检测此引力，把引力信息转变成光栅的反射波长，此波长的光波经光纤传回光纤耦合器6，出射后分成两路，并分别用波长解调仪解调，用光电探测器探测，得到的电信号传至信号处理单元14进行处理，得光栅波长改变量，经信号处理消除外磁场的影响，并得到二次侧双螺线管中电流的大小，最终计算得到一次侧母线中电流。光纤振动传感器7用来检测外界除磁场外的其它振动噪声，其传感头与双螺线管支架相连，得到的振动信息传送给信号处理单元14，经信号处理消除外界振动对互感器的影响。本发明所述的自感应光电混合式电流互感器，不仅可以非常精确地测量超大电流，而且不需做内绝缘，不需磁光玻璃，不需向高压端供能，能抗大电流冲击，抗电磁干扰，温度性能稳定。本发明具有结构简单，操作方便，稳定性好，安全可靠等特点，可以广泛用于超大电流检测生产实践中。

Claims

1. 自感应光电混合式电流互感器，其特征在于电流母线（1）上连接设置有精密罗氏线圈（2），与精密罗氏线圈（2）相连接，设置有带铁芯的双螺线管（3），带铁芯的双螺线管（3）同时连接到光纤光栅（4）和光纤振动传感器（7），光纤振动传感器（7）连接到信号处理单元（14），光纤光栅（4）向下连接到光纤（5），光纤（5）向下连接到光纤耦合器（6），光纤耦合器（6）向下同时连接到光纤隔离器（8）、波长解调仪A（9）和波长解调仪B（10），光纤隔离器（8）向下连接到多波长LD光源（11），波长解调仪A（9）则连接到光电探测器A（12），波长解调仪B（10）则连接到光电探测器B（13），光电探测器A（12）和光电探测器B（13）一并连接到信号处理单元（14）。

2. 根据权利要求1所述的自感应光电混合式电流互感器，其特征在于精密罗氏线圈（2）从一次侧电流母线（1）感应得二次侧小电流，此电流进入带铁芯的双螺线管（3）。

3. 根据权利要求1所述的自感应光电混合式电流互感器，其特征在于带铁芯的双螺线管（3）为用同一根导线绕制，且带铁芯，构成带铁芯的双螺线管（3）的两个螺线管绕制方向相反或相同；如果采用相反方向绕制，光纤光栅A（16）固定于带铁芯的螺线管A（15），用于测量带铁芯的螺线管A（15）的振动，光纤光栅B（17）固定于带铁芯的螺线管B（18），用于测量带铁芯的螺线管B（18）的振动，带铁芯的双螺线管（3）的振动信息转变成了光纤光栅A（16）和光纤光栅B（17）的波长变化信息；如果采用相同方向绕制，则带铁芯的螺线管A（15）和带铁芯的螺线管B（18）之间的作用力为引力，光纤光栅C（19）固定于两螺线管之间检测此引力，带铁芯的双螺线管（3）的振动信息转变成了光纤光栅C（19）的波长变化信息。