CN110726863B - 一种双探头的输电线非接触电流测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双探头的输电线非接触电流测量装置及其测量方法，包括近端集成探头和远端集成探头，近端集成探头和远端集成探头下安装在支撑架上并位于输电线下方，近端集成探头和远端集成探头均为光学电流传感器探头，通过光纤连接到光纤连接器，光纤连接器通过光缆连接到室内的光纤接线盒，光纤接线盒正对有光源和光电探测器，光电探测器连接到信号处理终端。本发明安全可靠，对线路设备的绝缘性能不产生影响；兼具灵敏度高和量程大的优点，适用范围更广；可测量多种类型的电流，包括直流电流、交流电流以及电网故障时的冲击大电流；集成化设计，安装方便可靠；频率响应宽，暂态性能好；体积小，无铁心，高低压隔离，适合数字化变电站要求。

Description

一种双探头的输电线非接触电流测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种双探头的输电线非接触电流测量装置及其测量方法，属于输电线非接触电流测量设备技术领域。
背景技术
近年来电网企业积极采取多项措施，全力推动“农网升级改造”、“低压集抄和智能电表全覆盖”、“供电所建设”电力三大工程攻坚项目建设，实现“前端集约化、后端区域整合”的管理目标，满足开展精益管理的工作要求。在“低压集抄和智能电表全覆盖”攻坚项目建设中，远程低压电力集抄采用集中器方式，集中器的作用，就是把一批电表的数据，先通过载波或者485通讯等方式采集到这个设备上来，再通过有线(光纤)或者无线(cdma/gprs)网络等方式传输到主站上去，集中器能够提高抄表的效率以及数据完整率、数据共享性。目前供电企业安装多达上百万个的集中器，智能电表和低压集抄设备，在实际工作中，出现配网一线抄表和运维人员在现场难以精确快速地定位相关设备位置的问题以及测量灵敏度与测量范围之间的矛盾问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种双探头的输电线非接触电流测量装置及其测量方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种双探头的输电线非接触电流测量装置，包括近端集成探头和远端集成探头，近端集成探头和远端集成探头下安装在支撑架上并位于输电线下方，近端集成探头和远端集成探头均为光学电流传感器探头，通过光纤连接到光纤连接器，光纤连接器通过光缆连接到室内的光纤接线盒，光纤接线盒正对有光源和光电探测器，光电探测器连接到信号处理终端。
优选的，上述近端集成探头和远端集成探头均包括磁光玻璃，磁光玻璃固定连接在外壳内中部，外壳两端内分别固定连接有旋光器一和旋光器二，磁光玻璃靠近两端内分别设有正对的起偏器和检偏器，磁光玻璃两端还设置有准直器一和准直器二，准直器一用于将旋光器一中的偏振光转化为空间平行光，作用于磁光玻璃上，准直器二接收检偏器后的空间平行光并传输至旋光器二，并通过信号传输光纤一和传输光纤二连接到光纤连接器。
优选的，上述支撑架采用两条角钢对称安装在近端集成探头和远端集成探头两侧，角钢竖直方向上设置有多个安装孔，安装孔间接为5cm，角钢总长度55cm。
优选的，上述外壳采用亚克力有机玻璃。
优选的，上述磁光玻璃采用铽铝硼硅酸盐磁光玻璃。
一种双探头的输电线非接触电流测量装置的测量方法，该方法为：近端集成探头用于电流测量的灵敏度，远端集成探头用于提高电流测量的最大量程，根据近端集成探头和远端集成探头所测输电线路电流大小，对远端集成探头安装距离进行调节，并计算近端集成探头和远端集成探头的间距，对于电流幅值小于设定值(较小的电流)时，主要使用近端集成探头进行测量，由于近端集成探头靠近输电线路，磁场更大，因此探测到的信号更强烈；相反对于大于设定值(幅值较大的电流)时，近端集成探头会因为磁场太大而超出自身量程，因此远端集成探头将会负责测量大电流，即以获得大量程的同时保证测量灵敏度；起偏器为判定偏振激光器的偏振方向，起偏器与检偏器之间成135°，以获取最大输出响应。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
1)安全可靠，对线路设备的绝缘性能不产生影响；
2)相对于单探头的光学电流传感器，本发明采用双探头兼具灵敏度高和量程大的优点，适用范围更广；
3)可测量多种类型的电流，包括直流电流、交流电流以及电网故障时的冲击大电流；
4)集成化设计，安装方便可靠；
5)频率响应宽，暂态性能好；体积小，无铁心，高低压隔离，适合数字化变电站要求。
附图说明
图1为本发明的整体安装示意图；
图2为集成探头组安装示意图；
图3为集成探头结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例：如图1-图3所示，一种双探头的输电线非接触电流测量装置，包括近端集成探头2和远端集成探头3，近端集成探头2和远端集成探头3安装于输电线路1下方；近端集成探头2和远端集成探头3上下安装在支撑架4上并位于输电线1下方，近端集成探头2和远端集成探头3均为光学电流传感器探头，通过光纤连接到光纤连接器，光纤连接器通过光缆连接到室内的光纤接线盒，光纤接线盒正对有光源和光电探测器，光电探测器连接到信号处理终端。
优选的，上述近端集成探头2和远端集成探头3均包括磁光玻璃9，磁光玻璃9固定连接在外壳内中部，外壳两端内分别固定连接有旋光器一6和旋光器二12，磁光玻璃9靠近两端内分别设有正对的起偏器8和检偏器10，磁光玻璃9两端还设置有准直器一7和准直器二11，准直器一7用于将旋光器一6中的偏振光转化为空间平行光，作用于磁光玻璃上，准直器二11接收检偏器10后的空间平行光并传输至旋光器二12，并通过信号传输光纤一5和传输光纤二13连接到光纤连接器。
优选的，上述支撑架4采用两条角钢对称安装在近端集成探头2和远端集成探头3两侧，角钢竖直方向上设置有多个安装孔，安装孔间接为5cm，角钢总长度55cm。
优选的，上述外壳采用亚克力有机玻璃。
优选的，上述磁光玻璃9采用铽铝硼硅酸盐磁光玻璃。
一种双探头的输电线非接触电流测量装置的测量方法，该方法为：近端集成探头用于电流测量的灵敏度，远端集成探头用于提高电流测量的最大量程，根据近端集成探头2和远端集成探头3所测输电线路电流大小，，对远端集成探头安装距离进行调节，并计算近端集成探头2和远端集成探头3的间距，对于电流幅值小于设定值(较小的电流)时，主要使用近端集成探头进行测量，由于近端集成探头靠近输电线路，磁场更大，因此探测到的信号更强烈；相反对于大于设定值(幅值较大的电流)时，近端集成探头会因为磁场太大而超出自身量程，因此远端集成探头将会负责测量大电流，即以获得大量程的同时保证测量灵敏度；起偏器为判定偏振激光器的偏振方向，起偏器与检偏器之间成135°，以获取最大输出响应。
探头测量方法：令起偏器8和检偏器10之间成或45°角，利用偏振激光器输入光强I1，经过起偏器、磁光玻璃、检偏器后输出光强I2为：
Figure BDA0002245988160000051
式中，V为磁光材料的维尔德(Verder)常数，单位为rad/(T·m)；B是电流引起的磁场；L是偏振光透射所有磁光玻璃的光程；
被测导线近似看作为长直导线，根据毕奥萨伐定律，其磁场为：
Figure BDA0002245988160000052
式中：I为被测导线电流，μ0为磁光介质的磁导率，r表示探头与输电线路的距离；
则输出光强
Figure BDA0002245988160000053
由于输出光强与输出电压成正比关系，比例系数为定值k1，则最终输出电压与被测电流之间的关系为：
Figure BDA0002245988160000054
其中，k0＝k1I1/2，k0为输出直流电压，为恒定值；
k2＝k0VLμ0/π，k2与磁光效应有关。
I为被测导线电流，μ0为磁光玻璃的磁导率，则k0和k2均为常数，忽略基础输出电压后，对于近端探头,其输出电压U1为：
Figure BDA0002245988160000055
对于远端探头,其输出电压U2为：
Figure BDA0002245988160000061
安装探头组时，可选取r2＝10r1，如r1＝5cm，r2＝50cm，则远端探头的输出响应为近端探头的十分之一；当系统正常运行时，输电线路电流相对较小，近端探头的输出值更为准确，灵敏度更高；当系统发生故障，线路电流大大增加，远端探头可对故障电流的峰值进行有效测量，同时近端探头由于灵敏度更高，可获取故障电流的更多细节信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种双探头的输电线非接触电流测量装置，其特征在于：包括近端集成探头(2)和远端集成探头(3)，近端集成探头(2)和远端集成探头(3)上下安装在支撑架(4)上并位于输电线(1)下方，近端集成探头(2)和远端集成探头(3)均为光学电流传感器探头，通过光纤连接到光纤连接器，光纤连接器通过光缆连接到室内的光纤接线盒，光纤接线盒正对有光源和光电探测器，光电探测器连接到信号处理终端；近端集成探头(2)和远端集成探头(3)均包括磁光玻璃(9)，磁光玻璃(9)固定连接在外壳内中部，外壳两端内分别固定连接有旋光器一(6)和旋光器二(12)，磁光玻璃(9)靠近两端内分别设有正对的起偏器(8)和检偏器(10)，磁光玻璃(9)两端还设置有准直器一(7)和准直器二(11)，准直器一(7)用于将旋光器一(6)中的偏振光转化为空间平行光，作用于磁光玻璃上，准直器二(11)接收检偏器(10)后的空间平行光并传输至旋光器二(12)，并通过信号传输光纤一(5)和传输光纤二(13)连接到光纤连接器；双探头的输电线非接触电流测量装置的测量方法为：近端集成探头用于电流测量的灵敏度，远端集成探头用于提高电流测量的最大量程，根据近端集成探头(2)和远端集成探头(3)所测输电线路电流大小，对远端集成探头安装距离进行调节，并计算近端集成探头(2)和远端集成探头(3)的间距，当电流幅值小于设定值时，使用近端集成探头测量，当电流幅值大于设定值时，使用远端集成探头测量；起偏器为判定偏振激光器的偏振方向，起偏器与检偏器之间成135°，以获取最大输出响应；
近端集成探头(2)和远端集成探头(3)测量方法：利用偏振激光器输入光强I1，经过起偏器、磁光玻璃、检偏器后输出光强I2为：
Figure FDA0003550753010000011
式中，V为磁光材料的维尔德常数，单位为rad/(T·m)；B是电流引起的磁场；L是偏振光透射所有磁光玻璃的光程；
被测导线近似看作为长直导线，根据毕奥萨伐定律，其磁场为：
Figure FDA0003550753010000012
式中：I为被测导线电流，μ0为磁光介质的磁导率，r表示探头与输电线路的距离；
则输出光强
Figure FDA0003550753010000021
由于输出光强与输出电压成正比关系，比例系数为定值k1，则最终输出电压与被测电流之间的关系为：
Figure FDA0003550753010000022
其中，其中，k0＝k1I1/2，k0为输出直流电压，为恒定值；
k2＝k0VLμ0/π，k2与磁光效应有关；
I为被测导线电流，μ0为磁光玻璃的磁导率，则k0和k2均为常数，忽略基础输出电压后，对于近端探头,其输出电压U1为：
Figure FDA0003550753010000023
对于远端探头,其输出电压U2为：
Figure FDA0003550753010000024
安装探头组时，选取r2＝10r1。
2.根据权利要求1所述的一种双探头的输电线非接触电流测量装置，其特征在于：支撑架(4)采用两条角钢对称安装在近端集成探头(2)和远端集成探头(3)两侧，角钢竖直方向上设置有多个安装孔，安装孔间接为5cm，角钢总长度55cm。
3.根据权利要求1所述的一种双探头的输电线非接触电流测量装置，其特征在于：外壳采用亚克力有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种双探头的输电线非接触电流测量装置，其特征在于：磁光玻璃(9)采用铽铝硼硅酸盐磁光玻璃。
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