CN110646657A - 一种低湿度敏感性的光纤电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，它包括采集单元、传感环圈和光纤光缆，采集单元与传感环圈通过光纤光缆连接。本发明的优点是，通过在采集单元结构设计中采用密封设计，下罩采用整体化设计，减少泄漏点，在下罩和上盖板中使用密封圈，并且使用胶对内部不规则的光电接口进行密封，使用密封胶带对光电接口外部进行密封，有效提高了采集单元的密封性能；通过采用多项措施整体增强光纤电流互感器的密封特性，有效抑制了互感器的湿度敏感性，简单有效，能实现光纤电流互感器长期可靠工程应用。

Description

一种低湿度敏感性的光纤电流互感器

技术领域

本发明属于，具体涉及。本发明涉及一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，属于电力设备技术领域。

背景技术

随着智能电网向高压、超高压及特高压方向发展，智能变电站电压等级越来越高，110kV和220kV的变电站已经非常普遍，1000kV以上电压等级的变电站也已开始建设。同时，智能电网对信息化、自动化、互动性及快速响应等方面的要求越来越高，传统电流互感器已逐渐暴露出原理性缺陷，不能很好的适应电网发展的需要。光纤电流互感器作为一种无源电子式电流互感器，在适应高电压应用、信息化及快速响应方面具有自身突出的优势，如绝缘相对简单、无铁磁饱和、暂态特性好、直接采用数字量输出等，是未来电流互感器的发展方向。

光纤电流互感器的基本原理是磁光法拉第效应，即将光纤缠绕在带电导体周围，在光纤中传输的偏振光受电流产生磁场的影响会发生偏转，其偏转角度θ与光纤缠绕的匝数N、光纤的费尔德常数V及导体电流I有关，具体关系为θ＝2VNI。

光纤电流互感器运行环境比较恶劣，经常处于高温高湿条件下，而电力系统对于互感器的运行稳定性与可靠性要求很高，一次设备的运行寿命一般要求不少于40年，二次设备的运行寿命一般要求不少于20年，要求运行过程中设备高度可靠，因为互感器故障会引起变电站停电，从而带来很大的经济及社会方面的负面影响。如果电流互感器受湿度影响性能发生变化，或者长期在高温高湿环境下寿命受到影响，将会对严重影响互感器的可靠性与稳定性，因此，要想办法降低互感器对湿度的敏感性。

专利《一种高精度高可靠全光纤电流互感器》(申请号为：CN201410125918.9)公开了一种高可靠互感器，采用冗余有源光学器件的设计方法和双输出光相减处理的方案提升了互感器的稳定性和精度，但是没有提出如何降低湿度敏感性。专利《一种全光纤电流互感器传感头》(申请号为：201320127370.2)公开了一种传感头的制备方法，能有效消除光纤传感部分的线性双折射等负面影响，但未明确传感头降低湿度敏感性的具体方法，在长期使用过程中存在可靠性隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，通过加强采集单元、传感环圈、光纤光缆各部分的密封性，抑制光纤电流互感器的湿度敏感性，提升互感器在高湿度环境下运行的稳定性与可靠性。

本发明是这样实现的，一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，它包括采集单元、传感环圈和光纤光缆，采集单元与传感环圈通过光纤光缆连接。

所述的采集单元包括整体化下罩、密封圈、上盖板、光电接口和内部光电模块，其中，整体化下罩和上盖板中间通过密封圈进行密封，密封圈外侧通过螺钉进行固定，内部光电模块采用从采集单元内部安装的方式固定，光电接口穿过采集单元外壁并固定在其上。

所述的密封圈周围要均匀涂抹密封硅脂以增强密封性。

所述的光电接口内部用密封胶均匀涂抹在光电接口的缝隙处以抵抗湿气进入，厚度不低于2mm。

光纤和电线接好后在外接口处用密封胶带进行二次密封。

所述的传感环圈包括底座、密封圈、上盖、光纤光缆接口、内部传感模块几部分，传感环圈底座采用整体化制作，底座和上盖中间通过密封圈进行密封，密封圈外侧通过螺钉进行固定，内部传感模块固定底座内部，光纤光缆接口嵌入在底座的外壁面上并通过密封胶粘结，光纤光缆穿过光纤光缆接口与内部传感模块连接。

所述的光纤光缆采用高强多层密封结构，最内层是特种光纤，特种光纤外围是光纤膏，具有半流动性，能够有效保护特种光纤不受水汽侵蚀，光纤膏密封在光纤套管内，光纤套管外是芳纶丝，起到保护和增强拉力的作用，芳纶丝外面是光纤护套，最外是波纹管，将光缆置于波纹管内部，能够有效保护光缆抵抗外界的压力、拉力，具有较高的强度。

所述的特种光纤直径是250μm左右，也可能采用170μm左右或其它更细的光纤。

所述的光纤套管直径在900μm到1.5mm左右。

本发明的优点是，1)本发明通过在采集单元结构设计中采用密封设计，下罩采用整体化设计，减少泄漏点，在下罩和上盖板中使用密封圈，并且使用胶对内部不规则的光电接口进行密封，使用密封胶带对光电接口外部进行密封，有效提高了采集单元的密封性能；2)本发明通过在传感环圈结构设计中采用密封设计，减少泄漏点，在底座和上盖中使用密封圈，并在不规则的光纤光缆接口用胶进行密封，有效提高了传感环圈的密封性能；3)本发明通过使用具有多层保护结构的光纤光缆，有效地保护内部功能光纤不受水汽侵蚀，并且具有较高的抵御外界压力和张力的能力；4)本发明通过采用多项措施整体增强光纤电流互感器的密封特性，有效抑制了互感器的湿度敏感性，简单有效，能实现光纤电流互感器长期可靠工程应用。

附图说明

图1为一种低湿度敏感性的光纤电流互感器整体示意图；

图2为采集单元示意图；

图3为光电接口密封示意图；

图4为传感环圈剖面示意图；

图5为光纤光缆典型结构示意图。

图中：1采集单元，2光纤光缆，3传感环圈，4整体化下罩，5光电接口，6内部光电模块，7密封圈，8螺钉，9上盖板，10采集单元外壁，11光纤和电线，12密封胶，13密封胶带，14上盖，15底座，16内部传感模块，17光纤光缆接口，18特种光纤，19光纤膏，20光纤套管，21芳纶丝，22光纤护套，23波纹管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细介绍：

互感器整体包括采集单元、传感环圈和光纤光缆三部分，对这三部分分别实行加强密封处理，提升互感器对湿度的抵抗性。下面分别对这三个部分逐一进行介绍。

采集单元包括整体化下罩、密封圈、上盖板、光电接口、内部光电模块几部分。下罩采用整体化制作，内部光电模块采用从采集单元内部安装的方式固定，不能使用通孔，且不能从外部用螺钉固定，因为这样会增加湿气进入通道，整个采集单元除了上盖和光电接口外内部不存在接缝等可能流入湿气的部分。下罩和上盖板中间通过密封圈进行密封，密封圈外侧通过螺钉进行固定。光电接口数量依据不同产品设计可能会有不同，一般地包括电源线接口、与合并单元连接的光缆接口以及与传感环圈连接的光纤光缆接口。光电接口形状不统一，通过在内部用胶密封的方式来抵抗湿气进入。由于光纤接口内部连通，因此为了保证足够的密封性能，同时考虑工程现场操作的便利性，光纤接好后在外接口处用密封胶带进行二次密封。内部光电模块是光纤电流互感器二次侧供电与解算部分，包含电源、电路、光学器件等，采集单元的密封就是为了保证内部光电模块不受湿气影响。

传感环圈包括底座、密封圈、上盖、光纤光缆接口、内部传感模块几部分。传感环圈底座也采用整体化制作，不得设计打通的螺纹孔，除了上盖和光纤光缆接口外内部不存在接缝等可能流入湿气的部分。底座和上盖中间通过密封圈进行密封，密封圈外侧通过螺钉进行固定。光纤光缆接口通过内部涂胶进行密封，保证外部湿气不会流入环圈内部。内部传感模块是传感环圈敏感电流的核心部分，传感环圈的密封就是为了保证内部传感模块不受湿气影响。

采集单元与传感环圈之间的光纤光缆采用高强密封结构设计，同时外部加一层保护套管进行防护，能有效抵御湿气的侵蚀，并且具有较高的抗拉和抗压性能。光缆设计种类比较多，这里给出一种典型的结构，但实际中并不仅限于这种结构。最内层是特种光纤，一般是具有保偏效果的光纤，光纤直径一般是250μm左右(也可能采用170μm左右或其它更细的光纤)。光纤外围是光纤膏，能够有效保护光纤不受水汽侵蚀，光纤膏密封在光纤套管内，光纤套管直径一般在900μm到1.5mm左右。光纤套管外是芳纶丝，起到保护和增强拉力的作用。芳纶丝外面是光纤护套，直径一般在3mm到5mm左右，具有一定的防水和抗拉作用。最外是波纹管，将光缆置于波纹管内部，能够有效保护光缆抵抗外界的压力、拉力，具有较高的强度。

如图1到图5所示，一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其中分别包括密封化的采集单元(如图2、图3所示)、密封化的传感环圈(如图4所示)和密封化的光纤光缆(如图5所示)。

图1是一种低湿度敏感性的光纤电流互感器整体示意图，整体包括采集单元1、传感环圈3和光纤光缆2三部分，由于光纤电流互感器经常会处于高温高湿的环境中，为避免湿度对互感器内部光学和电子器件的影响，需要将互感器与外界有效隔绝。本发明中分别对这三部分实行加强密封处理，提升互感器对湿度的抵抗性。下面分别对这三个部分逐一进行介绍。

如图2所示，采集单元1包括整体化下罩4、密封圈7、上盖板9、光电接口5、内部光电模块6几部分。整体化下罩4制作时要尽量减少内部开孔和缝隙，并采用一体化制作方式，尤其不能采用安装板拼接的方式。内部光电模块6采用从采集单元1内部安装的方式固定，不能使用通孔，且不能从外部用螺钉固定，因为这样会增加湿气进入通道。整个采集单元1除了上盖板9和光电接口5外内部不存在接缝、开孔等可能流入湿气的部分。整体化下罩4和上盖板9中间通过密封圈7进行密封，密封圈7外侧通过螺钉8进行固定。密封圈7要选择质量良好并且和采集单元1结构匹配的产品，螺钉8数量要适中，螺钉间距一般设计在5cm～15cm范围内，四个角一般都设计一个螺钉，拧螺钉时要保证密封圈7各部分均匀、紧密挤压在整体化下罩4和上盖板9中间。密封圈7周围要均匀涂抹密封硅脂以增强密封性。光电接口5不是单一的接口，而是一组光学的和电学的接口的统称。光电接口5的数量依据不同产品设计可能会有不同，一般地包括电源线接口、与合并单元连接的光缆接口以及与传感环圈连接的光纤光缆接口。光电接口5形状不统一，而且往往不规则，光电接口5的密封是采集单元1密封的难点和关键点，要通过内部和外部双重密封的方式来解决。光电接口5密封示意图如图3所示，内部用密封胶12均匀涂抹在光电接口5的缝隙处以抵抗湿气进入，厚度不低于2mm。密封胶12种类有很多，但为了保证良好的密封性，要选择温度性能好，能够在-40℃到+80℃可靠工作，密封性能好的胶。由于光电接口5内部连通，为了保证足够的密封性能，同时考虑工程现场操作的便利性，光纤和电线11接好后在外接口处用密封胶带13进行二次密封。内部光电模块6是光纤电流互感器二次侧供电与解算部分，包含电源、电路、光学器件等，采集单元1的密封就是为了保证内部光电模块6不受湿气影响。

传感环圈3剖面示意图如图4所示，传感环圈3包括底座15、密封圈7、上盖14、光纤光缆接口17、内部传感模块16几部分。传感环圈底座15也采用整体化制作，不应设计打通的螺纹孔，也无其它多余的缝隙，除了上盖14和光纤光缆接口17外内部不存在接缝、开孔等可能流入湿气的部分。底座15和上盖14中间通过密封圈7进行密封，密封圈7外侧通过螺钉8进行固定。密封圈7要选择质量良好并且和传感环圈3结构匹配的产品，螺钉8数量要适中，螺钉间距一般设计在5cm～15cm范围内，四个角一般都设计一个螺钉，拧螺钉时要保证密封圈7各部分均匀、紧密挤压在底座15和上盖14中间。密封圈7周围要均匀涂抹密封硅脂以增强密封性。光纤光缆接口17通过内部涂胶进行密封，将密封胶12均匀涂抹在光纤光缆2内部出口周围，最小厚度不小于2mm，保证外部湿气不会流入环圈内部。密封胶12种类有很多，但为了保证良好的密封性，要选择温度性能好，能够在-40℃到+80℃可靠工作，密封性能好的胶。内部传感模块16是传感环圈3敏感电流的核心部分，传感环圈3的密封就是为了保证内部传感模块16不受湿气影响。

采集单元1与传感环圈3之间的光纤光缆2采用高强多层密封结构设计，同时外部加保护套管进行防护，以有效抵御湿气的侵蚀，并且具有较高的抗拉和抗压性能。光缆设计种类比较多，这里给出一种典型的结构，但实际中并不仅限于这种结构。最内层是特种光纤18，一般是具有保偏效果的光纤，可能是几何效应型，如椭圆芯光纤等，也可能是应力感应型，如熊猫型光纤、领结型光纤等。特种光纤18直径一般是250μm左右也可能采用170μm左右或其它更细的光纤。特种光纤18外围是光纤膏19，具有半流动性，能够有效保护特种光纤18不受水汽侵蚀，光纤膏19密封在光纤套管20内，光纤套管20直径一般在900μm到1.5mm左右。光纤套管20外是芳纶丝21，起到保护和增强拉力的作用。芳纶丝21外面是光纤护套22，直径一般在3mm到5mm左右也可能采用更粗的护套，具有一定的防水和抗拉作用，光纤护套22短期拉伸力一般不低于120N，长期拉伸力一般不低于60N；短期压扁力一般不低于400N，长期压扁力一般不低于80N。最外是波纹管23，将光缆置于波纹管23内部，能够有效保护光缆抵抗外界的压力、拉力，具有较高的强度。波纹管23短期拉伸力一般不低于260N，长期拉伸力一般不低于120N；短期压扁力一般不低于600N，长期压扁力一般不低于130N。

Claims (8)

1.一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：它包括采集单元(1)、传感环圈(3)和光纤光缆(2)，采集单元(1)与传感环圈(3)通过光纤光缆(2)连接。

2.如权利要求1所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的采集单元(1)包括整体化下罩(4)、密封圈(7)、上盖板(9)、光电接口(5)和内部光电模块(6)，其中，整体化下罩(4)和上盖板(9)中间通过密封圈(7)进行密封，密封圈(7)外侧通过螺钉(8)进行固定，内部光电模块(6)采用从采集单元(1)内部安装的方式固定，光电接口(5)穿过采集单元外壁(10)并固定在其上。

3.如权利要求2所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的密封圈(7)周围要均匀涂抹密封硅脂以增强密封性。

4.如权利要求2所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的光电接口(5)内部用密封胶(12)均匀涂抹在光电接口(5)的缝隙处以抵抗湿气进入，厚度不低于2mm。

5.如权利要求1所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的传感环圈(3)包括底座(15)、密封圈(7)、上盖(14)、光纤光缆接口(17)、内部传感模块(16)几部分，传感环圈底座(15)采用整体化制作，底座(15)和上盖(14)中间通过密封圈(7)进行密封，密封圈(7)外侧通过螺钉(8)进行固定，内部传感模块(16)固定底座(15)内部，光纤光缆接口(17)嵌入在底座(15)的外壁面上并通过密封胶(12)粘结，光纤光缆(2)穿过光纤光缆接口(17)与内部传感模块(16)连接。

6.如权利要求1所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的光纤光缆(2)采用高强多层密封结构，最内层是特种光纤(18)，特种光纤(18)外围是光纤膏(19)，具有半流动性，能够有效保护特种光纤(18)不受水汽侵蚀，光纤膏(19)密封在光纤套管(20)内，光纤套管(20)外是芳纶丝(21)，起到保护和增强拉力的作用，芳纶丝(21)外面是光纤护套(22)，最外是波纹管(23)，将光缆置于波纹管(23)内部，能够有效保护光缆抵抗外界的压力、拉力，具有较高的强度。

7.如权利要求6所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的特种光纤(18)直径是250μm左右，也可能采用170μm左右或其它更细的光纤。

8.如权利要求6所述的一种低湿度敏感性的光纤电流互感器，其特征在于：所述的光纤套管(20)直径在900μm到1.5mm左右。

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