CN108918943A - 一种高压直流输电用光学直流电流测量装置 - Google Patents

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CN108918943A
CN108918943A CN201810335768.2A CN201810335768A CN108918943A CN 108918943 A CN108918943 A CN 108918943A CN 201810335768 A CN201810335768 A CN 201810335768A CN 108918943 A CN108918943 A CN 108918943A
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刘海锋
张超
孟祥强
李秦
叶艳军
秦红霞
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北京四方继保自动化股份有限公司
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Abstract

一种高压直流输电用光学直流电流测量装置,一次高压端采用全光纤传感方式、一次端和二次端采用分段折叠硅橡胶绝缘子预埋保偏光纤的偏振光传输方案、二次端采用高速光学调制解调方案实现直流电流测量。传感光纤环圈本体和上法兰结构件位于上部高压保偏光纤绝缘子顶部,上部均压环位于传感光纤环本体外圆周上,中部均压环位于两端绝缘子的连接处,下法兰结构件和下部储纤箱体位于绝缘子底部,高速调制解调单元位于二次侧。本发明适于高压直流特别是特高压柔性直流极性母线直流电流测量,提高控制保护系统的性能。

Description

一种高压直流输电用光学直流电流测量装置
技术领域
[0001] 本发明属于电气测量技术领域,涉及一种高压直流输电线路的电流测量装置,特 别是一种高压柔性直流输电极性母线的直流电流测量装置。
背景技术
[0002] 高压直流输电特别是高压柔性直流输电技术是未来构成能源互联网骨干网架和 清洁能源并网互联的重要手段,其极性母线电流具有电压等级高、输送电流大、主要成分为 直流、高次谐波含量高、电流波动大等特点。控制保护系统需要根据高压极性母线上的电流 测量结果快速实施控制策略和保护动作,电流测量装置越快速、越准确的测量出母线上的 电流,对于柔性直流输电的稳定性和安全性越有利。
[0003] 高压柔性直流输送功率大,输送功率可达5000MW,极性母线的额定电流达到6000A 以上,远大于传统的输电线路的母线电流,如果采用传统的分流器原理的方案测量,分流传 感元件将会发热严重,长期发热对传感元件的耐高温、耐腐蚀、散热结构设计、长期精度稳 定性带来严重挑战,且长期发热也会造成很大的能源损耗。分流器原理的传感头采用特种 金属制成,其重量一般比较重,达到上百千克,运输、吊装比较困难,且对吊装或支撑的结构 强度要求较高。分流器只能测量直流分量,测量高频谐波分量通常要增加一个罗氏线圈传 感元件来测量。分流器和罗氏线圈的输出信号都为小电压信号,需要就地采集,因此高压端 需要含有电子部件的模数转换装置,该装置需要从低压端通过激光供能的方式取得电源。 含有电子部件的模数转换装置在高压端工作环境通常比较恶劣,极易发生损坏。激光供能 回路的高压侧光电池、激光供能的光纤回路、激光发射装置随着时间的推移容易发生烧毁 和失效。
发明内容
[0004]本发明所要解决的技术问题高压直流输电系统中直流大电流和谐波电流的同时 高精度测量,同时使高压直流电流测量设备更加轻便、可靠、便于运输和安装,实现高压直 流电流测量设备大动态范围精确测量。提高电流数据的采样速率,降低采样延时,快速感知 一次高压大电流的变化,准确传变一次大电流的暂态特征。实现高压直流电流测量装置高 压端无电子部件、高压端无需再用激光供能供电,可以有效消除由高压电子部件在恶劣条 件下损坏和激光供能回路问题引起的高压直流电流测量装置故障。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
[0006] —种高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于:
[0007] 基于硅橡胶保偏光纤绝缘子的光纤偏振光传输、一次侧直流大电流全光纤传感、 二次侧光学高速相位调制解调实现高压侧柔性直流大电流的测量;
[0008] 通过高速相位调制解调实现高压直流电流的测量。
[0009] 一种高压直流输电用光学直流电流测量装置,包括传感光纤环本体2、上法兰结构 件3、高压保偏光纤绝缘子、下法兰结构件11、下部储纤箱体丨2、保偏连接光缆I3、高速调制 解调单元14;其特征在于:
[0010] 承载待测直流大电流的一次高压侧管道母线穿过传感光纤环本体2的中心,传感 光纤环本体2通过上法兰结构件3与高压保偏光纤绝缘子的上端固定连接,通过下法兰结构 件11与高压保偏光纤绝缘子的下端固定连接;
[0011] 下法兰结构件11与下部储纤箱体12—体化铸造,储纤箱体12储存多余的保偏光 缆,保偏光缆通过储纤箱体12的外面板伸出,通过一段保偏连接光缆13与高速调制解调单 元14连接。
[0012] 本发明进一步包括以下优选方案:
[0013] 所述高压保偏光纤绝缘子包括上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝 缘子10;
[0014]上部高压保偏光纤绝缘子4的上端通过螺栓与上法兰结构件3连接,下部高压保偏 光纤绝缘子10的下端通过螺栓与下法兰结构件11连接;
[0015]上部高压保偏光纤绝缘子4通过左侧连杆7、右侧连杆8与下部高压保偏光纤绝缘 子10连接。
[0016] 所述光学直流电流测量装置还包括上部均压环1,所述上部均压环1安装于传感光 纤环本体2的外侧圆周上,分为上下两个环圈,两个环圈之间通过焊接的支架连接,传感光 纤环本体2位于均压环的圆心位置,上部均压环1将传感光纤环本体2和上法兰结构件3整体 罩住。
[0017]所述光学直流电流测量装置还包括中部均压环6,所述中部均压环6为橄榄形,中 部均压环6将中部左侧连杆7、右侧连杆8结构件部分完全罩住。
[0018]中部均压环6通过上下两根中部均压环连杆5采用螺栓的方式分别与上部高压保 偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10连接,通过中部均压环连杆5采用焊接方式焊 接在中部均压环6的内壁上。
[0019]所述传感光纤环本体2的顶部设计有吊装点与高压侧管管道母线或铁塔固定; [0020]下部储纤箱体12底部设计有圆形固定连接点,通过固定连接下部储纤箱体12与地 面进行固定,所述圆形固定连接点与传感光纤环本体2顶部吊装点共同固定整个高压直流 输电用光学直流电流测量装置。
[0021]传感光纤环本体2有正反两面分别能够安装2个光纤传感头,传感光纤环本体2最 内层圆周有一层聚酰亚胺涂层材料,传感光纤环本体2正反两面分别有两个金属外壳和安 装密封圈;
[0022] 每个光纤传感头两面均设计安装一路传感光纤,传感光纤环本体2共设计安装4只 光纤传感头,配置8路光纤电流传感回路,实现8路冗余传感回路设计。
[0023] 基于硅橡胶保偏光纤绝缘子的光纤偏振光传输通道由传感光纤环本体2内部光纤 传感头的输出保偏尾纤、上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10内预埋 的保偏光纤、中侧保偏光缆9、下部储纤箱体I2内的保偏光缆、保偏连接光缆13、高速调制解 调单元14的尾纤组成,其中传感光纤环本体2内部光纤传感头的输出保偏尾纤与上部高压 保偏光纤绝缘子4预埋的保偏光纤采用保偏光纤熔接的方式连接,保偏连接光缆13与高速 调制解调单元14的尾纤采用保偏光纤熔接的方式连接,其余部分的光纤均为无断点一体化 的光纤。
[0024]上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10实现方式如下:保偏光 纤绝缘子采用环氧玻璃钢管的形式,环氧玻璃钢管壁上开螺旋槽,将10根900um的紧护套保 偏光纤埋进槽内后上硅胶固定,再在环氧玻璃管外壁上做硅橡胶伞裙,采用120°C左右的低 温硅橡胶硫化工艺。
[0025] 环氧玻璃钢管采用无碱玻璃纤维材料,玻璃纤维含量80 %,玻璃纤维缠绕角60度; 环氧玻璃钢管外设置的硅橡胶外套采用大_小-中-小伞依次排列的绝缘伞裙设计。
[0026]高速调制解调单元14由半导体光纤光源31、光纤调制器32、光纤分路器33、光电探 测器34和控制接口电路35组成,通过半导体光纤31光源发出一束信号光,该光束通过光纤 调制器33时受到25〇kHz的相位调制,经过相位调制的光信号通过高速调制解调单元14尾 纤、保偏连接光缆13、下部高压保偏光纤绝缘子10预埋的光纤、中侧保偏光缆9、上部高压保 偏光纤绝缘子4预埋的光纤、传感光纤环本体2尾纤进入传感头,在传感光纤环本体2内该光 信号受到一次大电流磁场的作用相位发生变化,然后再经过传感光纤环本体2尾纤、上部高 压保偏光纤绝缘子4预埋的光纤、中侧保偏光缆9、下部高压保偏光纤绝缘子10预埋的光纤、 保偏连接光缆13、高速调制解调单元14尾纤、光纤调制器33、光纤分路器32、进入光电探测 器34通过探测器M将光强信号转化为电压信号,再通过控制接口电路35d的AD采样传输到 CPU,解算出由一次电流产生的磁场引起的相位变化,从而得出一次电流值。电流的解算频 率为250kHz,输出电流采样频率为5〇k/s、100k/s、150k/s、200k/s,使得发送给控制保护系 统的电流数据采样的额定延时和阶跃响应小于2〇us,可以提高柔性直流的控制保护系统的 反应速度。
[0027]根据现场测量可靠性的要求和成本考虑,传感光纤环本体2内一般选择安装四个 光纤传感头四个传感回路,正常使用时使用三个传感回路的信号,剩下一个传感回路为备 份回路。可靠性要求高的场合安装四个光纤传感头八个传感回路。下部高压保偏光纤绝缘 子10和上部高压保偏光纤绝缘子4预埋的10根保偏光纤中使用8根,其他2根为备份光纤,防 止在生产和运行过程中某一路光纤损坏导致传感回路不可用。
[0028] 本发明具有以下有益的技术效果:
[0029] (1)采用了无源全光纤的方式测量一次直流大电流,避免了有源分流器方式的发 热问题,且大大减轻了整个设备的重量。一次端无电子部件,无需激光供能,寿命长且工作 可靠
[0030] (2)柔性直流输电的母线额定电流高,可达6000A以上,同时柔性直流输电的母线 电流波动范围大,采用闭环反馈的方式测量可以实现大量程,且同时可以测量直流信号和 谐波信号。
[0031] (3)采用液态硅橡胶120°c成形的光纤绝缘子,玻璃钢筒螺旋槽预埋保偏光纤,使 保偏光纤密封固定在,且受应力小,光传输的偏振态不受影响,对测量误差无影响。且娃胶 绝缘子憎水性强,寿命长,不易发生闪络
[0032] ⑷采用上下两截高压保偏光纤绝缘子分段设计,中间采用关节式连接,方便安装 拆卸和运输
[0033] (5)采用上部双层圆形均压环设计,中部橄榄形均压环设计,将金属结构件部分罩 住,避免高压电场不均匀引起尖端放电
[0034] ⑹采用八光路传感回路冗余设计,十根光纤预埋冗余设计,八传感回路适应运行 可靠性要求高场合,正常运行场合使用四个传感回路满足三取二采样信号要求,并有一个 传感回路备份。
[0035] ⑺采用250kHz调制信号频率和PID反馈频率,可以得到50k/s、100k/s、150k/s、 2〇Ok/s的电流采样速率,使电流采样的延时降到2〇us以下,适合柔性直流控制保护系统快 速调节和动作的要求 <
附图说明
[0036]图1为高压直流输电用光学直流电流测量装置结构示意图;
[0037]图2为800kV柔性直流电流测量装置传感回路方案图;
[0038]图3为800kV柔性直流电流测量装置高速调制解调单元的构成图;
[0039]图4为800kV柔性直流电流测量装置工作流程图。
具体实施方式
[0040]下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。
[0041]图1为高压直流输电用光学直流电流测量装置结构示意图,图2为800kv柔性直流 电流测量装置传感回路方案图,图3为800kV柔性直流电流测量装置高速调制解调单元的构 成图,图4为800kV柔性直流电流测量装置工作流程图。
[0042]本发明公开了一种高压直流输电用光学直流电流测量装置,包括传感光纤环本体 2、上法兰结构件3、上部均压环1、上部高压保偏光纤绝缘子4、中部均压环6、中部均压环连 杆5、左侧连杆7、中侧保偏光缆9、右侧连杆8、下部高压保偏光纤绝缘子1〇、下法兰结构件 11、下部储纤箱体12、保偏连接光缆13、高速调制解调单元14;其特征在于:
[0043]上部均压环1安装于传感光纤环本体2的外侧圆周上,分为上下两个环圈,两个环 圈之间通过焊接的支架连接,传感光纤环本体2位于均压环的圆心位置,上部均压环1将传 感光纤环本体2和上法兰结构件3整体罩住;
[0044]承载待测直流大电流的一次高压侧管道母线穿过传感光纤环本体2的中心,传感 光纤环本体2的顶部设计有吊装点与高压侧管管道母线或铁塔固定,提供整个设备的顶部 支撑力。传感光纤环本体2有正反两面分别可以安装2个光纤传感头,传感光纤环本体2最内 层圆周有一层聚酰亚胺涂层材料,防止管道母线发热使传感环圈受热,保证光纤传感头工 作在一个均匀的温度场。传感光纤环本体2正反两面分别有两个金属外壳和安装密封圈,保 证光纤传感头工作在一个密闭防水防尘的环境。每个光纤传感头厚度为20mm左右,两面均 设计安装一路传感光纤。传感光纤环本体2设计安装4只光纤传感头,配置8路光纤电流传感 回路,实现8路冗余传感回路设计。
[0045] 上部高压保偏光纤绝缘子4通过螺栓与上法兰结构件3连接,上部高压保偏光纤绝 缘子4通过左侧连杆7、右侧连杆8与下部高压保偏光纤绝缘子10连接,连杆连接使保偏光纤 绝缘子在运输和吊装时可以折叠起来,防止绝缘子长度太长不好吊装和折断,减小施工和 运输难度。中部均压环6为橄榄形,通过中部均压环连杆5采用螺栓的方式与上部高压保偏 光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10连接,通过中部均压环连杆5采用焊接方式焊接 在中部均压环6的内壁上,中部均压环6将中部左侧连杆7、右侧连杆8结构件部分完全罩住, 使整个设备中部电场均匀,无局部放电点。下法兰结构件11通过螺栓与下部高压保偏光纤 绝緣于10连接,下法兰结构件11与下部储纤箱体12—体化铸造,储纤箱体12储存多余的保 偏光缆,保偏光缆通过储纤箱体12的外面板伸出,通过一段保偏连接光缆13与高速调制解 调单元14连接。下部储纤箱体12底部设计有圆形固定连接点,通过固定连接下部储纤箱体 12与地面进行固定,与传感光纤环本体2顶部固定点共同起固定整个设备的作用,使设备保 持直立和良好的抗弯特性。
[0046]基于硅橡胶保偏光纤绝缘子的光纤偏振光传输通道由传感光纤环本体2内部光纤 传感头的输出保偏尾纤、上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子1〇内预埋 的保偏光纤、中侧保偏光缆9、下部储纤箱体12内的保偏光缆、保偏连接光缆13、高速调制解 调单元14的尾纤组成,其中传感光纤环本体2内部光纤传感头的输出保偏尾纤与上部高压 保偏光纤绝缘子4预埋的保偏光纤采用保偏光纤熔接的方式连接,保偏连接光缆13与高速 调制解调单元14的尾纤采用保偏光纤熔接的方式连接,其余部分的光纤均为无断点一体化 的光纤。
[0047] 士部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子1〇实现方式如下:保偏光 纤绝缘子采用环氧玻璃钢材料为主要支撑,环氧玻璃钢管壁上开螺旋槽,将1〇根900um的紧 护套保偏光纤埋进槽内后上硅胶固定,再在环氧玻璃管外壁上做硅橡胶伞裙,采用120。(:左 右的低温硅橡胶硫化工艺。
[0048]环氧玻璃钢管采用管体为环氧玻璃钢,由环氧树脂胶液浸透的玻璃纤维缠绕而 成。采用无碱玻璃纤维材料,玻璃纤维含量8〇 %左右,玻璃纤维缠绕角60度,保证环氧玻璃 钢管良好的轴向和环向机械强度。硅橡胶外套采用大-小-中-小伞依次排列的绝缘伞裙设 计,能有效保证广品耐污闪、湿闪特性。选择使用液态娃橡胶,液态桂橡胶具有优良的力学 和电气性能、具有良好的憎水性及憎水性的迁移性,能有效防止污闪、冰闪事故的发生。具 有耐污秽能力及使用寿命长等特点。且固化过程和固化后使光纤不受应力,保持预埋保偏 光纤偏振特性和损耗特性不变。该种液态硅橡胶有流动性,可以有效防止气泡和空隙产生, 且硫化温度低于常规硅橡胶160-180°C的高温,只有120°C,可以保证成形过程中玻璃钢不 受压力,不容易开裂。
[0049]上法兰结构件3与上部高压保偏光纤绝缘子4、下部高压保偏光纤绝缘子10与下法 兰结构件11在用螺栓安装结合时,进行真空处理,再加注硅橡胶,控制注胶的温度和速度, 消除黏合剂的气泡,保证胶装强度。胶装保证保偏光纤尾纤的固定、光纤出口的密封防水 气。
[0050]高速调制解调单元14由半导体光纤光源31、光纤调制器32、光纤分路器33、光电探 测器34和控制接口电路35组成,通过半导体光纤31光源发出一束信号光,该光束通过光纤 调制器33时受到250kHz的相位调制,经过相位调制的光信号通过高速调制解调单元14尾 纤、保偏连接光缆13、下部高压保偏光纤绝缘子10预埋的光纤、中侧保偏光缆9、上部高压保 偏光纤绝缘子4预埋的光纤、传感光纤环本体2尾纤进入传感头,在传感光纤环本体2内该光 信号受到一次大电流磁场的作用相位发生变化,然后再经过传感光纤环本体2尾纤、上部高 压保偏光纤绝缘子4预埋的光纤、中侧保偏光缆9、下部高压保偏光纤绝缘子10预埋的光纤、 保偏连接光缆13、高速调制解调单元14尾纤、光纤调制器33、光纤分路器32、进入光电探测 器34通过探测器34将光强信号转化为电压信号,再通过控制接口电路35的AD采样传输到 CPU,解算出由一次电流产生的磁场引起的相位变化,从而得出一次电流值。电流的解算频 率为250kHz,输出电流采样频率为50k/s、100k/S、l5〇k/s、2〇Ok/s,使得发送给控制保护系 统的电流数据采样的额定延时和阶跃响应小于2〇us,可以提高柔性直流的控制保护系统的 反应速度。
[0051] 根据现场测量可靠性的要求和成本考虑,传感光纤环本体2内一般选择安装四个 光纤传感头四个传感回路,正常使用时使用三个传感回路的信号,剩下一个传感回路为备 份回路。可靠性要求高的场合安装四个光纤传感头八个传感回路。下部高压保偏光纤绝缘 子10和上部高压保偏光纤绝缘子4预埋的1〇根保偏光纤中使用8根,其他2根为备份光纤,防 止在生产和运行过程中某一路光纤损坏导致传感回路不可用。
[0052] 如图1所示,上部均压环1将传感光纤环本体2、上法兰结构件3罩住,防止由结构形 状导致电场分布不均引起放电。传感光纤环本体2内部安装8路传感光纤环,对传感环路起 支撑作用。上部高压保偏光纤绝缘子4内部预埋10路900um紧护套保偏光纤,10路900um紧护 套保偏光纤的上端与传感光纤环本体2的尾纤进行保偏熔接,上部高压保偏光纤绝缘子4与 下部高压保偏光纤绝缘子10之间为中侧保偏光缆9,无熔接点。中部均压环连杆5,一端通过 焊接方式与中部均压环6连接,另一端通过螺栓安装在上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高 压保偏光纤绝缘子10的安装孔上,保证均压环与光纤绝缘子的紧密连接。中部均压环连杆5 共有8根,分为上下两层,每层各4根,成中心对称分布在中部均压环6的内壁圆周上。中部均 压环6呈橄榄形,分为左右两片,将中部光纤绝缘子关节式连接部分罩住,防止电场不均匀 引起放电。左侧连杆7和右侧连杆8通过螺栓分别与上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压 保偏光纤绝缘子10固定,连接后上下两截光纤绝缘子可以折叠,折叠后方便运输和安装,展 开后为正常运行状态。中侧保偏光缆9内含10根900um紧护套光纤,与上部高压保偏光纤绝 缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10用胶黏合后再进行密封处理,保证光纤在长期在室外 工作环境下不进入水汽、尘土。上部高压保偏光纤绝缘子4和下部高压保偏光纤绝缘子10采 用环氧玻璃钢开螺旋槽预埋900um护套保偏光纤的方式作为传感光信号的传输通道,环氧 玻璃钢表面制作大-小-中-小伞设计的硅橡胶伞裙作为高压绝缘结构,采用低温硅橡胶硫 化的工艺保证硅橡胶和环氧玻璃钢界面的结合紧密,且环氧玻璃钢不开裂,且保偏光纤受 力小且均匀。下部高压保偏光纤绝缘子10与下法兰结构件11通过螺栓固定,安装时,经过抽 真空处理,防止法兰与光纤绝缘子间有气隙,再充入胶黏剂,再用螺栓固定。下部储纤箱体 12内存放光纤绝缘子穿出来的尾纤和盘纤保护盒。下部高压保偏光纤绝缘子10的尾纤通过 下部储纤箱体12的盖板,与、保偏连接光缆13连接,保偏连接光缆13与高速调制解调单元14 的尾纤采用保偏光纤熔接的方式连接。
[0053]如图2所示为一个完整的传感回路构成,一台800kV柔性直流电流测量装置最多能 安装8个传感回路。一个完整的传感回路由光纤连接在一起。21为传感光纤端面反射镜,反 射镜由传感光纤端面镀高反膜构成,位于传感光纤环本体2内部。22为电流传感光纤,为匀 速旋转高双折射熊猫光纤结构,位于传感光纤环本体2内部。23为偏振态转换光纤,该光纤 熊猫保偏光纤结构,或者为一段椭圆芯保偏光纤结构,位于传感光纤环本体2内部。24为上 部高压保偏光纤绝缘子4,该光纤为900mn紧护套熊猫保偏光纤。25为中侧保偏光缆9中光 纤,该光纤为900um紧护套熊猫保偏光纤。26为下部高压保偏光纤绝缘子10预埋光纤,该光 纤为900um紧护套熊猫保偏光纤。27为下部储纤箱体12中储存的多余的保偏光纤尾纤。28为 保偏连接光缆13中的保偏光纤,为900uni护套保偏光纤。29为高速调制解调单元14的尾纤。
[0054]如图3所示,高速调制解调单元14由半导体光纤光源31、光纤调制器32、光纤分路 器33、光电探测器34和控制接口电路35组成。光纤调制器32的一端与光纤分路器33连接,另 一端为高速调制解调单元14的尾纤,光纤调制器根据31接口与控制电路的指令,对通过光 纤调制器根据31的光进行250kHz的方波相位调制。光纤分路器33将为半导体光纤光源31发 出的光进行偏振滤波后输出给为光纤调制器32,光纤分路器33同时可以接收光纤调制器32 返回的光,传输给光电探测器34。31、32、33、34之间采用光纤连接。光纤调制器32和控制接 口电路35采用两根导线连接,两根导线为正极性和负极性调制信号。半导体光纤光源31和 控制接口电路35采用六根导线连接,分别为正极性和负极性光源驱动电流信号,正极性和 负极性制冷电流驱动信号,测温热敏电阻两个引脚信号。光电探测器34和控制接口电路35 之间采用四根导线连接,分别为+5V和-5V驱动电压信号,探测器响应电压信号,地电位信 号。
[0055]图4为SOOkV柔性直流电流测量装置工作流程图,由高速调制解调单元14发出保偏 光载波信号,通过如图2描述的保偏光纤传输回路,在高压侧传感光纤环本体2内完成待测 电流信号的检测后,再沿着保偏光纤传输回路回到高速调制解调单元14进行相关解调,解 调出待测电流信号。具体过程如下:由高速调制解调单元14内的半导体光纤光源31发出连 续的宽带光信号,经过光纤分路器33滤波后得到线偏振宽带光信号,再通过光纤调制器32, 由控制接口电路35发出的250kHz的方波调制电光调制指令通过导线施加在光纤调制器32 上,由光纤调制器32对线偏振宽带光信号进行250kHz的方波调制,经过如图2描述的保偏光 纤传输回路后到达偏振态转换光纤23,带250kHz方波调制的线偏振宽带光信号通过偏振态 转换光纤23后转换为两束带250kHz方波调制的圆偏振宽带光信号,进入电流传感光纤22, 两束带250kHz方波调制的圆偏振宽带光信号检测到一次高压大电流信号后成为两束带一 次大电流彳目息的圆偏振宽带光信号,通过传感光纤端面反射镜21后返回,经过偏振态转换 光纤23后转换为两束带一次大电流信息的线偏振宽带光信号,在偏振态转换光纤23处两束 线偏振宽带光信号偏振角度发生偏转,偏转的角度与电流大小成正比。经过如图2描述的保 偏光纤传输回路后到达由光纤调制器32,在光纤分路器33处两束带一次大电流信息的线偏 振宽带光信号发生干涉,干涉光强与偏振光偏转角度成正比。干涉光强信号被光电探测器 34探测后被控制接口电路35采集,经过控制接口电路35的CPU相关解调结算出250kHz—次 高压大电流信息。控制接口电路35通过MHz级AD采集采集到光强信号后滤波,与250kHz频率 方波调制参考信号做相关运算,解调得到250kHz—次高压大电流信息的数字量信号,并利 用25〇kHz的一次高压大电流信息数字量信号对控制接口电路35发出的250kHz方波调制信 号的调制电压幅值进行PID反馈调节,由控制接口电路35、光纤调制器32、光电探测器34形 成闭环稳定系统,提高了电流检测的精度和检测的动态范围。250kHz的一次大电流信息通 过滤波后分别得到50k/s、100k/s、150k/s、200k/s的电流采样信号。

Claims (11)

1. 一种高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 基于硅橡胶保偏光纤绝缘子的光纤偏振光传输、一次侧直流大电流全光纤传感、二次 侧光学高速相位调制解调实现高压侧柔性直流大电流的测量; 通过高速相位调制解调实现高压直流电流的测量。
2. —种高压直流输电用光学直流电流测量装置,包括传感光纤环本体(2)、上法兰结构 件(3)、高压保偏光纤绝缘子、下法兰结构件(11)、下部储纤箱体(12)、保偏连接光缆(13)、 高速调制解调单元(14);其特征在于: 承载待测直流大电流的一次高压侧管道母线穿过传感光纤环本体(2)的中心,传感光 纤环本体⑵通过上法兰结构件(3)与高压保偏光纤绝缘子的上端固定连接,通过下法兰结 构件(11)与高压保偏光纤绝缘子的下端固定连接; 下法兰结构件(11)与下部储纤箱体(12) —体化铸造,储纤箱体(12)储存多余的保偏光 缆,保偏光缆通过储纤箱体(12)的外面板伸出,通过一段保偏连接光缆(13)与高速调制解 调单元(14)连接。
3. 根据权利要求2所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 所述高压保偏光纤绝缘子包括上部高压保偏光纤绝缘子(4)和下部高压保偏光纤绝缘 子⑽; 上部高压保偏光纤绝缘子(4)的上端通过螺栓与上法兰结构件(3)连接,下部高压保偏 光纤绝缘子(10)的下端通过螺栓与下法兰结构件(11)连接; 上部高压保偏光纤绝缘子(4)通过左侧连杆(7)、右侧连杆(8)与下部高压保偏光纤绝 缘子(10)连接。
4. 根据权利要求3所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 所述光学直流电流测量装置还包括上部均压环(1),所述上部均压环(1)安装于传感光 纤环本体(2)的外侧圆周上,分为上下两个环圈,两个环圈之间通过焊接的支架连接,传感 光纤环本体(2)位于均压环的圆心位置,上部均压环(1)将传感光纤环本体(2)和上法兰结 构件(3)整体罩住。
5.根据权利要求3或4所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 所述光学直流电流测量装置还包括中部均压环(6),所述中部均压环(6)为橄榄形,中 部均压环¢5)将中部左侧连杆(7)、右侧连杆(8)结构件部分完全罩住。
6.根据权利要求5所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 中部均压环(6)通过上下两根中部均压环连杆(5)采用螺栓的方式分别与上部高压保 偏光纤绝缘子⑷和下部高压保偏光纤绝缘子(10)连接,通过中部均压环连杆(5)采用焊接 方式焊接在中部均压环⑹的内壁上。
7.根据权利要求2所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 所述传感光纤环本体⑵的顶部设计有吊装点与高压侧管管道母线或铁塔固定; 下部储纤箱体(12)底部设计有圆形固定连接点,通过固定连接下部储纤箱体(12)与地 面进行固定,所述圆形固定连接点与传感光纤环本体(2)顶部吊装点共同固定整个高压直 流输电用光学直流电流测量装置。
8.根据权利要求3、4或6所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 传感光纤环本体(2)有正反两面分别能够安装2个光纤传感头,传感光纤环本体(2)最 内层圆周有一层聚酰亚胺涂层材料,传感光纤环本体(2)正反两面分别有两个金属外壳和 安装密封圈; 每个光纤传感头两面均设计安装一路传感光纤,传感光纤环本体(2)共设计安装4只光 纤传感头,配置8路光纤电流传感回路,实现8路冗余传感回路设计。
9.根据权利要求8所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 基于硅橡胶保偏光纤绝缘子的光纤偏振光传输通道由传感光纤环本体(2)内部光纤传 感头的输出保偏尾纤、上部高压保偏光纤绝缘子(4)和下部高压保偏光纤绝缘子(1〇)内预 埋的保偏光纤1中侧保偏光缆(9)、下部储纤箱体(12)内的保偏光缆、保偏连接光缆(13)、高 速调制解调单元(14)的尾纤组成,其中传感光纤环本体(2)内部光纤传感头的输出保偏尾 纤与上部高压^偏光纤绝缘子P)预埋的保偏光纤采用保偏光纤熔接的方式连接,保偏连 接光缆(1¾与高速调制解调单元(14)的尾纤采用保偏光纤熔接的方式连接,其余部分的光 纤均为无断点一体化的光纤。
10. 根^权利要求3或6所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 上部^压保偏光纤绝缘子(4)和下部高压保偏光纤绝缘子(10)实现方式如下:保偏光 纤绝缘子采用环氧玻璃钢管的形式,环氧玻璃钢管壁上开螺旋槽,将10根9〇〇11111的紧护套保 偏光纤埋删相上_姻定,再在环氧麵管腫上祕賺伞裙,采用丨2〇【左右的低 温硅橡胶硫化工艺。
11. 根据权萍IJ^IO所述的高压直流输电用光学直流电流测量装置,其特征在于: 环氧玻璃猜米用^碰^纤鞠料,麵纤维缝⑼%,玻璃雌缠绕角⑼度;环氧 玻璃钢管外设置的街嫌外套米用大-小—巾_小伞依次撕_绝缘伞裙设计。
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