CN110940845A - 一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，包括检测装置和底座，其中，检测装置包括：第一感应线圈固定于底座上，第一感应线圈连接于第二感应线圈，第一感应线圈的轴心与被测线缆平行、且第一感应线圈的每一圈线圈所在平面与被测线缆的轴心共面，第一感应线圈用于在被测线缆的磁场下产生感应电流；第二感应线圈位于屏蔽罩内的中心位置，第二感应线圈的轴线垂直于底座平面，第二感应线圈的上方正对于光纤尾纤，光纤尾纤上设置有磁体，磁体用于在第二感应线圈产生的磁场下、带动光纤尾纤产生形变确定被测线缆的母线护层接地电流。通过本申请中的技术方案，实现了一种体积小、产热量低、检测精度高的光纤光栅电流互感器。

Description

一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器

技术领域

本申请涉及电流检测装置的技术领域，具体而言，涉及一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器。

背景技术

目前对电缆互层接地电流的检测手段多以人工巡检和电磁传感器为主，这两种方式都存在固有缺陷。人工方式费时费力，周期性的测量很容易造成大面积的监测盲区出现。电磁传感器的理论基础是电磁感应，使用铁芯、电感线圈等基本元件，实现被测线缆电流变量的检测。

电磁传感器虽然经过多年发展，技术较为成熟，但受限于其自身特性，存在必须有源安装、传输距离受限、信号易受干扰及不便于寄生互联等问题。光纤光栅电流互感器可较为理想的解决上述问题，其利用光信号传输的特点使其不需要再进行独立的有源安装，极大的增加了信号传输距离且不易受到干扰，同时又具有可寄生互联的特点。

而现有技术中，传统的光纤光栅电流互感器，其电磁感应部分仍为传统的铁磁结构，导致光纤光栅电流互感器的体积较大、不利于安装在电缆接地交叉互联箱内，而且传统的光纤光栅电流互感器结构复杂、检测灵敏度低但费用昂贵。

特别是对于变电站母线护层接地电流的检测，通常这种母线护层接地线的直径为20-30cm，流经的母线护层接地电流范围为0-1000A，对于一部分大型变电站，其母线护层接地电流甚至能到达5000A，采用传统铁磁结构的光纤光栅电流互感器，在进行检测时，容易导致电流互感器磁饱和，且其铁芯容易发热，进而影响光纤光栅电流互感器对接地母线护层接地电流的检测精度。另外，由于传统的光纤光栅电流互感器安装于电缆接地交叉互联箱内，长时间处于室外环境，其铁磁结构易受环境影响，发生生锈现象，影响光纤光栅电流互感器的使用寿命。

发明内容

本申请的目的在于：根据通电导线周围电磁场分布特点设计非闭合式光纤光栅电流互感器，体积小、便于安装在电缆接地交叉互联箱内。

本申请的技术方案是：提供了一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，光纤光栅电流互感器适用于对变电站母线护层接地电流的检测，光纤光栅电流互感器包括检测装置和底座，底座用于将检测装置固定于被测线缆，检测装置包括：第一感应线圈，屏蔽罩，第二感应线圈，磁体和光纤尾纤；第一感应线圈固定于底座上，第一感应线圈连接于第二感应线圈，第一感应线圈的轴心与被测线缆平行、且第一感应线圈的每一圈线圈所在平面与被测线缆的轴心共面，第一感应线圈用于在被测线缆的磁场下产生感应电流；第二感应线圈位于屏蔽罩内的中心位置，第二感应线圈的轴线垂直于底座平面，第二感应线圈的上方正对于光纤尾纤，光纤尾纤上设置有磁体，磁体用于在第二感应线圈产生的磁场下、带动光纤尾纤产生形变，其中，形变用于确定被测线缆的母线护层接地电流。

上述任一项技术方案中，进一步地，光纤尾纤上还包括光栅，光栅位于磁体的前方，光栅的缝隙宽度随光纤尾纤的形变而变化。

上述任一项技术方案中，进一步地，检测装置还包括：悬臂梁；悬臂梁为等腰三角形，悬臂梁的底端固定于屏蔽罩的侧壁内，悬臂梁的中线位置处粘接有光纤尾纤，悬臂梁的顶端粘接有磁体，其中，磁体的N极的朝向向上垂直于底座平面。

上述任一项技术方案中，进一步地，光纤光栅电流互感器还包括：卡扣；卡扣设置于底座的下方，卡扣用于将底座固定于被测线缆上。

上述任一项技术方案中，进一步地，光纤光栅电流互感器还包括：粘接固定槽和粘接板；粘接固定槽设置于底座的下方，粘接固定槽的长度方向平行于底座的长度方向；粘接板的外表面粘接于被测线缆上，粘接板通过粘接固定槽连接于底座。

本申请的有益效果是：

本申请根据通电导线周围电磁场分布特点，设计非闭合式光纤光栅电流互感器，替换了传统光纤光栅电流互感器的铁磁结构，避免了光纤光栅电流互感器产热对其电流检测结果准确度的影响，并减小了光纤光栅电流互感器的体积，使其便于安装在电缆接地交叉互联箱内。同时，还可以避免光纤光栅电流互感器检测过程中的磁饱和现象。

本申请中的光纤光栅电流互感器，其内部主要为线圈结构，便于进行密闭、防潮、防水，对现场安装环境要求低，有助于提高光纤光栅电流互感器的使用寿命。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器的示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器的俯视图；

图3是根据本申请的一个实施例的检测校正系统的示意图；

图4是根据本申请的一个实施例的测量输出信号的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，光纤光栅电流互感器适用于对变电站母线护层接地电流的检测，光纤光栅电流互感器包括检测装置和底座5，底座5用于将检测装置固定于被测线缆，检测装置包括：第一感应线圈1，屏蔽罩3，第二感应线圈2，磁体9和光纤尾纤8，其中，检测装置中的各元件均为密闭结构；

第一感应线圈1固定于底座5上，第一感应线圈1连接于第二感应线圈2，第一感应线圈1的轴心与被测线缆平行、且第一感应线圈1的每一圈线圈所在平面与被测线缆的轴心共面，第一感应线圈1用于在被测线缆的磁场下产生感应电流；第二感应线圈2位于屏蔽罩3内的中心位置，第二感应线圈2的轴线垂直于底座5平面，第二感应线圈2的上方正对于光纤尾纤8，光纤尾纤8上设置有磁体9，磁体9用于在第二感应线圈2产生的磁场下、带动光纤尾纤8产生形变，其中，形变用于确定被测线缆的母线护层接地电流。

具体的，被测线缆中流经交变的接地母线护层接地电流，在其周围产生变化的磁场，将第一感应线圈1设置于该磁场内，第一感应线圈1产生感应电流，该感应电流流入设置于屏蔽罩3内的第二感应线圈2，使得第二感应线圈2产生磁场，该磁场与磁体9之间产生作用力，带动磁体9运动，其中，磁体9可以为永磁体。可以理解的是，磁体9的运动强度，可以反映出被测线缆中接地母线护层接地电流的大小。

为了检测磁体9的运动，引入光纤光栅，将光栅4设置在光纤尾纤8上、位于磁体9的前方，将磁体9与光纤尾纤8相连，在磁体9的带动下，光纤尾纤8产生形变，因此，设置在光纤尾纤8上的光栅4，其缝隙宽度随光纤尾纤8的形变而变化。

进一步的，为了保证光纤尾纤8在磁体9的带动下，所产生的形变的稳定性和精度，检测装置还包括：悬臂梁7；悬臂梁7为等腰三角形，悬臂梁7的底端固定于屏蔽罩3的侧壁内，悬臂梁7的中线位置处粘接有光纤尾纤8，悬臂梁7的顶端粘接有磁体9，其中，磁体9的N极的朝向向上垂直于底座5平面。

也就是说，通过设置悬臂梁7，将磁体9粘接于悬臂梁7的顶端，悬臂梁7的中线位置处粘接设置有光栅4的光纤尾纤8，再将悬臂梁7的尾端固定在屏蔽罩3上。待磁体9在第二感应线圈2的磁场作用下运动时，通过悬臂梁7的应变，带动光栅4的缝隙宽度发生变化，通过光纤尾纤8将光栅4的变化转换为光信号，进行传输，完成被测线缆母线护层接地电流的电信号到光信号的转换，实现对被测线缆的母线护层接地电流的检测。

进一步的，光纤光栅电流互感器还包括：卡扣；卡扣设置于底座5的下方，卡扣用于将底座5固定于被测线缆上，其中，卡扣可以选择闭环卡扣，直接将光纤光栅电流互感器固定在被测线缆上。

进一步的，光纤光栅电流互感器还包括：粘接固定槽和粘接板6；粘接固定槽设置于底座5的下方，粘接固定槽的长度方向平行于底座5的长度方向；粘接板6的外表面粘接于被测线缆上，粘接板6通过粘接固定槽连接于底座5。

具体的，为了便于安装和光纤光栅电流互感器的维护，在底座5上设置粘接固定槽和粘接板6，在粘接板6上涂抹胶，如3M胶，再将粘接板6插入粘接固定槽内，实现被测线缆和纤光栅电流互感器之间的固定。并且，通过设置粘接固定槽和粘接板6，避免了由于涂胶位置的偏差，保证底座5长度方向和被测线缆之间为垂直关系。

需要说明的是，也可以直接将底座5直接胶粘在被测线缆上。

为了验证本实施例中光纤光栅电流互感器的准确性和可靠性，搭建检测校正系统，如图3所示，使用工频220V交流电源给系统供电，利用滑动变阻器，调节母线电流的大小，如图4(a)和(b)所示，调节母线护层接地电流为1A，其周围的磁场穿过第一线圈1，第一线圈1产生的感应电流流入第二感应线圈2，产生交变磁场，带动悬臂梁7振动，粘接在悬臂梁7上的光纤尾纤8随之发生形变，进而通过光纤光栅解调仪采集读取光信号，实现对母线护层接地电流的测量。当调节母线护层接地电流为100A时，光纤光栅解调仪读取的信号如图4(c)所示，其频域分析结果如图4(d)所示，通过光纤光栅解调仪的读数，实现对光纤光栅电流互感器的检测和校正。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，光纤光栅电流互感器适用于对变电站母线护层接地电流的检测，光纤光栅电流互感器包括检测装置和底座，底座用于将检测装置固定于被测线缆，检测装置包括：第一感应线圈，屏蔽罩，第二感应线圈，磁体和光纤尾纤；第一感应线圈固定于底座上，第一感应线圈连接于第二感应线圈，第一感应线圈的轴心与被测线缆平行、且第一感应线圈的每一圈线圈所在平面与被测线缆的轴心共面，第一感应线圈用于在被测线缆的磁场下产生感应电流；第二感应线圈位于屏蔽罩内的中心位置，第二感应线圈的轴线垂直于底座平面，第二感应线圈的上方正对于光纤尾纤，光纤尾纤上设置有磁体，磁体用于在第二感应线圈产生的磁场下、带动光纤尾纤产生形变，其中，形变用于确定被测线缆的母线护层接地电流。通过本申请中的技术方案，实现了一种体积小、产热量低、检测精度高的光纤光栅电流互感器。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (5)

1.一种贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，其特征在于，所述光纤光栅电流互感器适用于对变电站母线护层接地电流的检测，所述光纤光栅电流互感器包括检测装置和底座，所述底座用于将所述检测装置固定于被测线缆，所述检测装置包括：第一感应线圈，屏蔽罩，第二感应线圈，磁体和光纤尾纤；

所述第一感应线圈固定于所述底座上，所述第一感应线圈连接于所述第二感应线圈，所述第一感应线圈的轴心与所述被测线缆平行、且所述第一感应线圈的每一圈线圈所在平面与所述被测线缆的轴心共面，所述第一感应线圈用于在所述被测线缆的磁场下产生感应电流；

所述第二感应线圈位于所述屏蔽罩内的中心位置，所述第二感应线圈的轴线垂直于底座平面，所述第二感应线圈的上方正对于所述光纤尾纤，所述光纤尾纤上设置有所述磁体，所述磁体用于在所述第二感应线圈产生的磁场下、带动所述光纤尾纤产生形变，其中，所述形变用于确定所述被测线缆的母线护层接地电流。

2.如权利要求1所述的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，其特征在于，所述光纤尾纤上还包括光栅，所述光栅位于所述磁体的前方，所述光栅的缝隙宽度随所述光纤尾纤的所述形变而变化。

3.如权利要求2所述的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，其特征在于，所述检测装置还包括：悬臂梁；

所述悬臂梁为等腰三角形，所述悬臂梁的底端固定于所述屏蔽罩的侧壁内，所述悬臂梁的中线位置处粘接有所述光纤尾纤，所述悬臂梁的顶端粘接有所述磁体，

其中，所述磁体的N极的朝向向上垂直于所述底座平面。

4.如权利要求1所述的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，其特征在于，所述光纤光栅电流互感器还包括：卡扣；

所述卡扣设置于所述底座的下方，所述卡扣用于将所述底座固定于所述被测线缆上。

5.如权利要求1所述的贴合在电缆护层接地线表面的光纤光栅电流互感器，其特征在于，所述光纤光栅电流互感器还包括：粘接固定槽和粘接板；

所述粘接固定槽设置于所述底座的下方，所述粘接固定槽的长度方向平行于所述底座的长度方向；

所述粘接板的外表面粘接于所述被测线缆上，所述粘接板通过所述粘接固定槽连接于所述底座。

Images