CN104158161A - 基于光学电流传感器的差动保护装置 - Google Patents

Abstract

基于光学电流传感器的差动保护装置，涉及电力系统继电保护装置。本发明是为解决级联后的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率损耗严重的问题。本发明将第一光学电流传感器和第二光学电流传感器设置在保护区间的两端，光源通过多模光纤与多模光纤分束器的入射端连接，多模光纤分束器的输出端分别通过多模光纤和与第一光学电流传感器和第二光学电流传感器的入射端连接，第一光学电流传感器和第二光学电流传感器的出射端分别通过多模光纤和与多模光纤合束器的入射端连接，多模光纤合束器的出射端通过多模光纤与光信号处理单元的输入端连接。本发明适用于电力系统继电保护装置。

Description

基于光学电流传感器的差动保护装置

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护装置。

背景技术

当前，电力系统中的继电保护装置，都是将常规电磁式电流互感器检测到的电流信息以电信号的方式传递给继电保护装置，在继电保护装置中进行故障判据的运算和结果判定。为实现继电保护装置的低成本化和轻量化，特开2000-59987和特愿平11-224821(日本)申请提出了一种以依据具有差动运算功能的光学电流传感器的保护继电装置取代现有的依据绕组型电流变换器的电流测定方法。该专利所述的继电保护装置由两光学电流传感器按照级联的方式，得到与流向保护区间成比例的差电流输出信号，进而进行保护区间的故障判断。

现有专利描述的基于光学电流传感器的继电保护装置如图4所示，包括：由第一多模光纤准直器14a、第一起偏器12a、第一法拉第磁光元件11a、第一检偏器13a和第三多模光纤准直器14c构成的第一光学电流传感器1，第一检偏器13a相对于第一起偏器12a以45°的角度设置；与第一光学电流传感器1同样结构的由第二多模光纤准直器14b、第二起偏器12b、第二法拉第磁光元件11b、第二检偏器13b和第四多模光纤准直器14d构成的第二光学电流传感器2，第二检偏器13b相对于第二起偏器12b以45°的角度设置；光源10；第一多模光纤3a、第四多模光纤3d和第六多模光纤3f；由光电变换器15、高通滤波器电路16、低通滤波器电路17以及比例计算器18构成的光信号处理单元6、差电流检测部件7和判定部件8。

第一光学电流传感器1和第二光学电流传感器2设置在电力系统的保护区间9的两端；这里假设，第一光学电流传感器1敏感保护区间9一端侧流过的第一电流i₁，第二光学电流传感器2敏感保护区间9另一端侧流过的第二电流i₂；设置所述的第一电流i₁从保护区间9的外侧流向内侧的方向为正，设置所述的第二电流i₂从保护区间9的外侧流向内侧的方向为正；设置所述的第一光学电流传感器1内的光传播方向与由该第一光学电流传感器1敏感的所述的第一电流i₁产生的磁场方向一致，设置所述的第二光学电流传感器2内的光传播方向与由该第二光学电流传感器2敏感的所述的第二电流i₂产生的磁场方向一致。

光源10发出的规定波长的光功率为P₀自然光通过第一多模光纤3a送入第一光学电流传感器1的第一多模光纤准直器14a，第一多模光纤准直器14a将接收的光信号射入第一起偏器12a变成光功率为第一线偏振光，该第一线偏振光经过第一法拉第磁光元件11a，并基于法拉第磁光效应敏感保护区间9一端侧流过的第一电流i₁，第一线偏振光的偏振面产生与第一电流i₁大小成比例的第一次旋转，旋转角度为θ₁；第一光学电流传感器1检测的第一电流i₁与第一线偏振光的偏振面第一次旋转的旋转角θ₁的关系为

θ₁＝V·i₁                   (1)

式中，V为第一法拉第磁光元件11a材料的菲尔德常数。

该第一线偏振光通过第一检偏器13a进行检光，偏振面的旋转角θ₁成为强度调制的光射入第三多模光纤准直器14c，得到敏感第一电流i₁后的光信号P_1x。由于第一检偏器13a相对于第一起偏器12a以45°的角度设置，所以光信号P_1x用下式表示

$P_{1x}=\frac{1}{4}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_1]---\left(2\right)$

第一光学电流传感器1的出射光信号P_1x通过第四多模光纤3d送入第二光学电流传感器2的第二多模光纤准直器14b，第二多模光纤准直器14b将接收的光信号射入第二起偏器12b变成第二线偏振光，该第二线偏振光经过第二法拉第磁光元件11b，并基于法拉第磁光效应敏感保护区间9另一端侧流过的第二电流i₂，第二线偏振光的偏振面产生与第二电流i₂大小成比例的第二次旋转，旋转角度为θ₂；第二光学电流传感器2检测的第二电流i₂与第二线偏振光的偏振面第二次旋转的旋转角θ₂的关系为

θ₂＝V·i₂                    (3)

经过第二次旋转的第二线偏振光通过第二检偏器13b进行检光，包含的旋转角θ₁和旋转角θ₂信息的强度调制的光射入第四多模光纤准直器11d，得到敏感第一电流i₁和第二电流i₂后的光信号P_2x。第二检偏器13b相对于第二起偏器12b以45°的角度设置，光信号P_2x可以用下式表示

$P_{2x}=\frac{1}{16}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_1][1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_2]---\left(4\right)$

一般旋转角比较小，下式近似成立

sin2θ₁≈2θ₁                    (5a)

sin2θ₂≈2θ₂                   (5b)

忽略高次项，式(4)可以近似表示为

$P_{2x}=\frac{1}{16}{P}_0[1+2({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2)]---\left(6\right)$

将式(1)和式(3)代入式(6)，可以得到

$P_{2x}=\frac{1}{16}{P}_0[1+2V(i_1+i_2)]---\left(7\right)$

式(7)中，P_2x的第一项为载波光信号，第二项为调制光信号。

第四多模光纤准直器14d通过第六多模光纤3f将第二光学电流传感器2的出射光信号P_2x送入光信号处理单元6的光电变换器15，变换为电信号后，由高通滤波器电路16和低通滤波器电路17分离为直流分量和交流分量，通过在比例计算器18中以交流分量除以直流分量，获得第一光学电流传感器1敏感的第一电流i₁和第二光学电流传感器2敏感的第二电流i₂的差电流输出信号S_x，可以用下式表示

S_x＝(P_x的交流分量)/(P_x的直流分量)            (8)

由式(7)，式(8)的差电流输出信号S_x可以表示如下

S_x＝α₀(i₁+i₂)                      (9)

式中，α₀＝2V。

这里，由于第一电流i₁和第二电流i₂的符号都定义为从保护区间9的内侧流向外侧的方向为正，所以流向保护区间9的差电流以(i₁+i₂)表示。

保护装置的构成如下：从级联的光学电流传感器输出的光信号经过光信号处理单元6的运算得到差电流输出S_x，通过电源频率分量的差电流检测部件7得到基频分量，将其输出送到判定部件8进行故障判定。

如以上说明，现有技术的两个光学电流传感器采用的是级联的方式，级联光路中包含两个起偏器和两个检偏器，这使得级联后的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率相对于输入光源信号的光功率产生了很大的损耗。由式(7)可知，对于双端口保护区间而言，级联后的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率只有输入光源信号的光功率的1/16，光功率损耗严重，这对输入光源提出了很高的要求。

发明内容

本发明是为了解决级联后的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率损耗严重的问题，从而提供了一种基于光学电流传感器的差动保护装置。

基于光学电流传感器的差动保护装置，它包括第一光学电流传感器1、第二光学电流传感器2、光源10、第一多模光纤3a、第二多模光纤3b、第三多模光纤3c、第四多模光纤3d、第五多模光纤3e、第六多模光纤3f、多模光纤分束器4、多模光纤合束器5、光信号处理单元6、差电流检测部件7和判定部件8；

所述的第一光学电流传感器1包括：第一多模光纤准直器14a、第一起偏器12a、第一法拉第磁光元件11a、第一检偏器13a和第三多模光纤准直器14c，并且第一检偏器13a相对于第一起偏器12a以45°的角度设置；

所述的第二光学电流传感器2包括：第二多模光纤准直器14b、第二起偏器12b、第二法拉第磁光元件11b、第二检偏器13b和第四多模光纤准直器14d，并且第二检偏器13b相对于第一起偏器12b以45°的角度设置；

所述的第一光学电流传感器1和第二光学电流传感器2设置在保护区间9的两端；

光源10发出的光信号P₀通过第一多模光纤3a送入多模光纤分束器4,多模光纤分束器4将接收的光信号P₀平均分成功率相等的两束光，即：第一束光P₀₁和第二束光P₀₂；

第一束光P₀₁通过第二多模光纤3b送入第一光学电流传感器1的第一多模光纤准直器14a，第一多模光纤准直器14a将接收的光信号P₀₁射入第一起偏器12a变成偏振光，该偏振光经过第一法拉第磁光元件11a，并在保护区间9一端侧流过的第一电流i₁作用下，偏振光的偏振面产生与第一电流i₁大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第一检偏器13a进行检光，检光后的光信号送入第三多模光纤准直器14c，得到敏感第一电流i₁的光信号P_1x；

第二束光P₀₂通过第三多模光纤3c送入第二光学电流传感器2的第二多模光纤准直器14b，第二多模光纤准直器14b将接收的光信号P₀₂射入第二起偏器12b变成偏振光，该偏振光经过第二法拉第磁光元件11b，并在法拉第磁光效应敏感保护区间9另一端侧流过的第二电流i₂作用下，偏振光的偏振面产生与第二电流i₂大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第二检偏器13b进行检光，检光后的光信号送入第四多模光纤准直器14d，得到敏感第二电流i₂的光信号P_2x；

光信号P_1x和P_2x分别通过第四多模光纤3d和第五多模光纤3e进入多模光纤合束器5的入射端，多模光纤合束器5将光信号P_1x和P_2x合束，得到敏感第一电流i₁和敏感第二电流i₂信息的合束光信号P_x，光信号P_x通过第六多模光纤3f输入到光信号处理单元6的信号输入端，光信号处理单元(6)的信号输出端连接差电流检测部件(7)的信号输入端，差电流检测部件(7)的信号输出端连接判定部件(8)的信号输入端。

本发明的有益效果是：本发明提供的并联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率为输入光源信号的光功率的1/4。与相比现有技术，本发明提供提供的技术，有效减小了光路的光功率损耗，降低了对输入光源的要求。

本发明提供的差动保护装置在完成现有技术相同的功能的同时，有效降低了现有技术对输入光源的要求。使得基于光学传感器的差动保护装置不仅可以用于双端口保护区间，而且可以扩展到多端口保护区间(端口数n大于2)。

对于多端口保护区间，端口数n大于2，这种优势更明显。以n＝3为例，现有技术的级联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率将减小到输入光源信号的光功率的1/64，而本发明提供的并联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率仍然是输入光源信号的光功率的1/4。因此，对于多端口保护区间，端口数n大于2，本发明提供的并联方式的差动保护装置优势明显。

附图说明

图1为基于光学电流传感器的差动保护装置的结构图；

图2为差动保护装置的结构图；

图3为用于多端口保护区间的基于光学电流传感器的差动保护装置的结构图；

图4为现有技术的光学电流传感器的差动保护装置的说明图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于光学电流传感器的差动保护装置，它包括第一光学电流传感器1、第二光学电流传感器2、光源10、第一多模光纤3a、第二多模光纤3b、第三多模光纤3c、第四多模光纤3d、第五多模光纤3e、第六多模光纤3f、多模光纤分束器4、多模光纤合束器5和光信号处理单元6；

第一光学电流传感器1包括：第一多模光纤准直器14a、第一起偏器12a、第一法拉第磁光元件11a、第一检偏器13a和第三多模光纤准直器14c，并且第一检偏器13a相对于第一起偏器12a以45°的角度设置；

第二光学电流传感器2包括：第二多模光纤准直器14b、第二起偏器12b、第二法拉第磁光元件11b、第二检偏器13b和第四多模光纤准直器14d，并且第二检偏器13b相对于第一起偏器12b以45°的角度设置；

第一光学电流传感器1和第二光学电流传感器2设置在保护区间9的两端；

光信号处理单元6包括：光电变换器15、高通滤波器电路16、低通滤波器电路17和比例计算器18；

光源10发出的光信号P₀通过第一多模光纤3a送入多模光纤分束器4,多模光纤分束器4将接收的光信号P₀平均分成功率相等的两束光，即：第一束光P₀₁和第二束光P₀₂；

第一束光P₀₁通过第二多模光纤3b送入第一光学电流传感器1的第一多模光纤准直器14a，第一多模光纤准直器14a将接收的光信号P₀₁射入第一起偏器12a变成偏振光，该偏振光经过第一法拉第磁光元件11a，并在保护区间9一端侧流过的第一电流i₁作用下，偏振光的偏振面产生与第一电流i₁大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第一检偏器13a进行检光，检光后的光信号送入第三多模光纤准直器14c，得到敏感第一电流i₁的光信号P_1x；

第二束光P₀₂通过第三多模光纤3c送入第二光学电流传感器2的第二多模光纤准直器14b，第二多模光纤准直器14b将接收的光信号P₀₂射入第二起偏器12b变成偏振光，该偏振光经过第二法拉第磁光元件11b，并在法拉第磁光效应敏感保护区间9另一端侧流过的第二电流i₂作用下，偏振光的偏振面产生与第二电流i₂大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第二检偏器13b进行检光，检光后的光信号送入第四多模光纤准直器14d，得到敏感第二电流i₂的光信号P_2x；

光信号P_1x和P_2x分别通过第四多模光纤3d和第五多模光纤3e进入多模光纤合束器5的入射端，多模光纤合束器5将光信号P_1x和P_2x合束，得到敏感第一电流i₁和敏感第二电流i₂信息的合束光信号P_x，光信号P_x通过第六多模光纤3f输入光信号处理单元6的信号输入端，光信号处理单元(6)的信号输出端连接差电流检测部件(7)的信号输入端，差电流检测部件(7)的信号输出端连接判定部件(8)的信号输入端。

该差动保护装置的光路为：光源10发出的光信号P₀通过第一多模光纤3a送入多模光纤分束器4,多模光纤分束器4将接收的光信号P₀平均分成功率相等的两束光P₀₁和P₀₂，即

$P_{01}=P_{02}=\frac{1}{2}{P}_0---\left(10\right)$

第一束光P₀₁通过第二多模光纤3b送入第一光学电流传感器1的第一多模光纤准直器14a，第一多模光纤准直器14a将接收的光信号P₀₁射入第一起偏器12a变成偏振光，该偏振光经过第一法拉第磁光元件11a，并基于法拉第磁光效应敏感保护区间9一端侧流过的第一电流i₁，偏振光的偏振面产生与第一电流i₁大小成比例的旋转，旋转角度为θ₁，其大小可由(1)式表示。

发生旋转后的偏振光通过第一检偏器13a进行检光，检光后的光信号送入第三多模光纤准直器14c，得到敏感第一电流i₁的光信号P_1x；第一检偏器13a相对于第一起偏器12a以45°的角度设置，光信号P_1x可以用下式表示

$P_{1x}=\frac{1}{8}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_1]---\left(11\right)$

第二束光P₀₂通过第三多模光纤3c送入第二光学电流传感器2的第二多模光纤准直器14b，第二多模光纤准直器14b将接收的光信号P₀₂射入第二起偏器12b变成偏振光，该偏振光经过第二法拉第磁光元件11b，并基于法拉第磁光效应敏感保护区间9另一端侧流过的第二电流i₂，偏振光的偏振面产生与第二电流i₂大小成比例的旋转，旋转角度为θ₂，其大小可由(3)式表示。

发生旋转后的偏振光通过第二检偏器13b进行检光，检光后的光信号送入第四多模光纤准直器14d，得到敏感第二电流i₂的光信号P_2x；第二检偏器13b相对于第二起偏器12b以45°的角度设置，光信号P_2x可以用下式表示

$P_{2x}=\frac{1}{8}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_2]---\left(12\right)$

光信号P_1x和P_2x分别通过第四多模光纤3d和第五多模光纤3e进入多模光纤合束器5的入射端，多模光纤合束器5将光信号P_1x和P_2x合束，得到敏感第一电流i₁和第二电流i₂信息的合束光信号P_x，即

$P_x=P_{1x}+P_{2x}=\frac{1}{8}{P}_0[2+\sin 2{\mathrm{\θ}}_1+\sin 2{\mathrm{\θ}}_2]---\left(13\right)$

由式(5a)、(5b)，上式可以近似表示为

$P_x=\frac{1}{4}{P}_0[1+({\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2)]---\left(14\right)$

将式(1)和式(3)代入式(14)，可以得到

$P_x=\frac{1}{4}{P}_0[1+V(i_1+i_2)]---\left(15\right)$

光信号P_x通过第六多模光纤3f输入光信号处理单元6的光电变换器15，变换为电信号后，由高通滤波器电路16和低通滤波器电路17分离为直流分量和交流分量，通过在比例计算器18中以交流分量除以直流分量，获得第一光学电流传感器1敏感的第一电流i₁和第二光学电流传感器2敏感的第二电流i₂的差电流输出信号S_x，如式(8)表示。

由式(15)，式(8)的差电流输出信号S_x可以表示如下

S_x＝α₀(i₁+i₂)                  (16)

式中，α₀＝V。

这里，由于第一电流i₁和第二电流i₂的符号都定义为从保护区间9的内侧流向外侧的方向为正，所以流向保护区间9的差电流以(i₁+i₂)表示。

选取差动保护装置的动作判据的动作量为差电流有效值，以下式表示

动作量m＝|i₁+i₂|                (17)

式中，|i₁+i₂|表示差电流(i₁+i₂)的有效值。

在差电流检测部件7中，依据式(16)求出式(17)表示的动作量m

m＝|i₁+i₂|＝|S_x|/α₀                   (18)

为了说明本发明的动作效果，采用与现有专利技术类似的系统图，图2为使用差动保护装置的系统图，作为保护区间9的故障位置，f1和f3为保护区间外故障，f2为保护区间内故障。这里，称保护区间9的保护区间外故障为外部故障，称保护区间9的保护区间内故障为内部故障。

在判定部件8中，设置动作量整定值为k1，根据差电流检测部件7中求出的动作量m，在m≥k1时判定故障为内部故障，在m<k1时判定故障为外部故障。

外部故障在图2所示的系统中的故障位置为f1和f3的两种情况，它们是同等的，所以这里以f1为外部故障位置为例分析。

在f1处发生外部故障的情况下，第一电流i₁和第二电流i₂满足关系式

i₁(t)＝-i₂(t)                    (19)

此时，式(16)求得的差电流输出信号S_x＝0；式(18)求得的动作量为m＝0。

内部故障有双侧电源和单侧电源之分，即存在有双侧电源配置、f1侧的单侧电源配置和f3侧的单侧电源配置2种情况。f1侧的单侧电源配置和f3侧的单侧电源配置是同等的，仍以f1侧为例分析。

两侧电源配置在f2处发生内部故障的情况下，第一电流i₁和第二电流i₂满足关系式

i₁(t)＝i₂(t)                  (20)

此时，式(16)求得的差电流输出信号为S_x＝2·α₀·i₁(t)；式(18)求得的动作量为m＝2·|i₁(t)|。

f1侧的单侧电源配置在f2处发生内部故障的情况下，第二电流i₂(t)＝0。

此时，式(16)求得的差电流输出信号为S_x＝α₀·i₁(t)；式(18)求得的动作量为m＝|i₁(t)|。

根据上述分析，依据本发明的差动保护装置，利用差电流信号的有效值作为保护装置的动作量，只要设置合适的动作量调整值k1，就能准确地进行保护区间的内部故障和外部故障的判断。

以上实施例为用于双端口保护区间的基于光学电流传感器的差动保护装置。本发明的差动保护装置方案还可以用于多端口保护区间，端口数n大于2。

具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一所述的基于光学电流传感器的差动保护装置作进一步限定，本实施方式中，光信号处理单元6包括光电变换器15、高通滤波器电路16、低通滤波器电路17和比例计算器18；

光电变换器15用于接收第六多模光纤3f的光信号，并对该光信号变换成电信号，并同时送入高通滤波器电路16和低通滤波器电路17；

高通滤波器电路16和低通滤波器电路17用于将接收的电信号分离为直流分量和交流分量；

比例计算器18用于接收直流分量和交流分量，将交流分量除以直流分量，获得差电流输出信号。

设置所述的敏感第一电流i₁从保护区间9的外侧流向内侧的方向为正，设置所述的敏感第二电流i₂从保护区间9的外侧流向内侧的方向为正；

设置所述的第一光学电流传感器1内的光传播方向与由该第一光学电流传感器1敏感的所述的敏感第一电流i₁产生的磁场方向一致，设置所述的第二光学电流传感器2内的光传播方向与由该第二光学电流传感器2敏感的所述的敏感第二电流i₂产生的磁场方向一致。

具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式所述的用于多端口保护区间，端口数n大于2，的基于光学电流传感器的差动保护装置的结构图，它主要包括：n个光学电流传感器(1、2...n)；光源10；多模光纤；多模光纤分束器4；多模光纤合束器5；光学信号处理单元6；

其中，n个光学电流传感器(1、2...n)包含的光学元件型号和数量完全相同；多模光纤分束器4为1×n多模光纤分束器；多模光纤合束器5为n×1多模光纤合束器。

n个光学电流传感器(1、2...n)分别分布在多端口保护区间9的各个端口；设置各个端口电流i₁、i₂...i_n从保护区间9的外侧流向内侧的方向为正；设置n个光学电流传感器(1、2...n)各个光学电流传感器内的光传播方向分别与由对应的光学电流传感器敏感的电流产生的磁场方向一致。

该差动保护装置的光路为：光源10发出的光信号P₀通过多模光纤送入多模光纤分束器4,多模光纤分束器4将接收的光信号P₀平均分成功率相等的n束光P₀₁、P₀₂...P_0n，即

$P_{01}=P_{02}=...=P_{0n}=\frac{1}{n}{P}_0---\left(21\right)$

该n束光P₀₁、P₀₂...P_0n分别经过n个光学电流传感器(1、2...n),得到分别敏感电流i₁、i₂...i_n的光信号P_1x、P_2x...P_nx，分别可以表示为

$\begin{array}{c}{P}_{1x}=\frac{1}{4n}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\&theta;}}_1]\\ P_{2x}=\frac{1}{4n}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\&theta;}}_2]\\ .\\ .\\ .\\ P_{\mathrm{nx}}=\frac{1}{4n}{P}_0[1+\sin 2{\mathrm{\&theta;}}_n]\end{array}---\left(22\right)$

其中，θ_n为第n光学电流传感器的法拉第磁光元件基于法拉第磁光效应敏感保护区间9第n端口流过的第n电流i_n，其偏振光的偏振面产生与第n电流i_n大小成比例的旋转的旋转角度，其大小可表示为

θ_n＝V·i_n                  (23)

光信号P_1x、P_2x...P_nx通过多模光纤进入多模光纤合束器5的入射端，多模光纤合束器5将光信号P_1x、P_2x...P_nx合束，得到敏感电流i₁、i₂...i_n信息的合束光信号P_x，即

$P_x=\frac{1}{4}{P}_0[1+\frac{2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2+...+{\mathrm{\&theta;}}_n)}{n}]---\left(24\right)$

由式(1)、(3)和(23)可以得到

$P_x=\frac{1}{4}{P}_0[1+\frac{2V(i_1+i_2+...+i_n)}{n}]---\left(25\right)$

式(7)表示的P_2x为现有技术描述的级联方式的光学电流传感器输出光信号，式(15)和(25)表示的P_x为本发明描述的并联方式的光学电流传感器输出光信号。

本实施方式中，上述公式中的第一项均为载波光信号，如果后续光信号处理单元6的分辨率确定，则此载波光信号大小直接影响着信号的信噪比和最终输出的精度。

由式(7)可知，对于双端口保护区间而言，现有技术的级联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率只有输入光源信号的光功率的1/16，光功率损耗严重，这对输入光源提出了很高的要求。而由式(15)可知，本发明提供的并联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率为输入光源信号的光功率的1/4。与相比现有技术，本发明提供提供的技术，有效减小了光路的光功率损耗，降低了对输入光源的要求。

对于多端口保护区间，端口数n大于2，这种优势更明显。以n＝3为例，现有技术的级联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率将减小到输入光源信号的光功率的1/64，而本发明提供的并联方式的差动保护装置的光学电流传感器输出光信号的载波光信号的光功率仍然是输入光源信号的光功率的1/4。因此，对于多端口保护区间，端口数n大于2，本发明提供的并联方式的差动保护装置优势明显。

Claims (2)

1.基于光学电流传感器的差动保护装置，其特征在于：它包括第一光学电流传感器(1)、第二光学电流传感器(2)、光源(10)、第一多模光纤(3a)、第二多模光纤(3b)、第三多模光纤(3c)、第四多模光纤(3d)、第五多模光纤(3e)、第六多模光纤(3f)、多模光纤分束器(4)、多模光纤合束器(5)、光信号处理单元(6)、差电流检测部件(7)和判定部件(8)；

所述的第一光学电流传感器(1)包括：第一多模光纤准直器(14a)、第一起偏器(12a)、第一法拉第磁光元件(11a)、第一检偏器(13a)和第三多模光纤准直器(14c)，并且第一检偏器(13a)相对于第一起偏器(12a)以45°的角度设置；

所述的第二光学电流传感器(2)包括：第二多模光纤准直器(14b)、第二起偏器(12b)、第二法拉第磁光元件(11b)、第二检偏器(13b)和第四多模光纤准直器(14d)，并且第二检偏器(13b)相对于第一起偏器(12b)以45°的角度设置；

所述的第一光学电流传感器(1)和第二光学电流传感器(2)设置在保护区间(9)的两端；

光源(10)发出的光信号P₀通过第一多模光纤(3a)送入多模光纤分束器(4),多模光纤分束器(4)将接收的光信号P₀平均分成功率相等的两束光，即：第一束光P₀₁和第二束光P₀₂；

第一束光P₀₁通过第二多模光纤(3b)送入第一光学电流传感器(1)的第一多模光纤准直器(14a)，第一多模光纤准直器(14a)将接收的光信号P₀₁射入第一起偏器(12a)变成偏振光，该偏振光经过第一法拉第磁光元件(11a)，并在保护区间(9)一端侧流过的第一电流i₁作用下，偏振光的偏振面产生与第一电流i₁大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第一检偏器(13a)进行检光，检光后的光信号送入第三多模光纤准直器(14c)，得到敏感第一电流i₁的光信号P_1x；

第二束光P₀₂通过第三多模光纤(3c)送入第二光学电流传感器(2)的第二多模光纤准直器(14b)，第二多模光纤准直器(14b)将接收的光信号P₀₂射入第二起偏器(12b)变成偏振光，该偏振光经过第二法拉第磁光元件(11b)，并在法拉第磁光效应敏感保护区间(9)另一端侧流过的第二电流i₂作用下，偏振光的偏振面产生与第二电流i₂大小成比例的旋转，发生旋转后的偏振光通过第二检偏器(13b)进行检光，检光后的光信号送入第四多模光纤准直器(14d)，得到敏感第二电流i₂的光信号P_2x；

光信号P_1x和P_2x分别通过第四多模光纤(3d)和第五多模光纤(3e)进入多模光纤合束器(5)的入射端，多模光纤合束器(5)将光信号P_1x和P_2x合束，得到敏感第一电流i₁和敏感第二电流i₂信息的合束光信号P_x，光信号P_x通过第六多模光纤(3f)输入到光信号处理单元(6)的信号输入端，光信号处理单元(6)的信号输出端连接差电流检测部件(7)的信号输入端，差电流检测部件(7)的信号输出端连接判定部件(8)的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的基于光学电流传感器的差动保护装置，其特征在于：光信号处理单元(6)包括光电变换器(15)、高通滤波器电路(16)、低通滤波器电路(17)和比例计算器(18)；

光电变换器(15)用于接收第六多模光纤(3f)的光信号，并对该光信号变换成电信号，并同时送入高通滤波器电路(16)和低通滤波器电路(17)；

高通滤波器电路(16)和低通滤波器电路(17)用于将接收的电信号分离为直流分量和交流分量；

比例计算器(18)用于接收直流分量和交流分量，将交流分量除以直流分量，获得差电流输出信号。