CN112986650A - 一种全光纤电流互感器及其温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全光纤电流互感器及其温度补偿方法，全光纤电流互感器包括传感环和用于光电转换并最终输出采集信号的信号处理电路，所述传感环包括壳体和设置在壳体内的光纤，所述信号处理电路采集连接温度传感器；所述温度传感器设置于传感环相同的温度环境内；环绕所述温度传感器还设置有导温材质的罩体。方法包括在传感环相同的温度环境内的导热材质旁测量温度，并利用该测量出的温度对全光纤电流互感器进行误差补偿。本发明可以实现全光纤电流互感器测量装置在全环境温度区间降低误差。

Description

一种全光纤电流互感器及其温度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种全光纤电流互感器及其温度补偿方法，属于全光纤电流互感器技术领域。

背景技术

受环境温度影响，全光纤电流互感器测量装置处于-40℃～70℃之间波动的温度环境中，由于光源、传感环(内部设有光头)、调制器、接收器等存在一定误差，导致全光纤电流互感器测量值存在约0.5％-1％的误差。为了减小误差，需要通过软补偿的方法对全光纤电流互感器测量装置进行误差补偿，即引入整机温度模型及补偿算法。

由于全光纤电流互感器中传感环受温度影响最大，在全光纤电流互感器测量装置设计时，理想的温度补偿方式是将温度传感器设置于传感环外壳内，与光头设置在一起，可以保证温度传感器测量值与光头的实际温度保持一致，进而进行整机误差补偿，可以获得较准确的测量精度，然而由于传感环用于电流测量，位于电磁环境恶劣的高压现场，现场输电线路形成强电场，而温度传感器作为电子元件，信号传输易受到大场强电场的影响而失真。

因此目前国内、外全光纤电流互感器均采用普通的温度传感器，测量互感器所在环境的温度，对互感器进行补偿

然而在实际工程实践中发现，由于温度传感器与光头部分结构存在差异，使得二者温度传导模型不同，光头部分由于金属外壳等热的良导体存在，其实际温度变化与环境温度变化速率不同，温度变化存在一定滞后性，导致在实际进行补偿时候，温度传感器测得的温度与光头部分实际温度不同，最终补偿存在偏差，测量精度下降，尤其是在温度升、降过程中，补偿的误差偏差更大。

因此在工程应用中，温度升、降速度越快，全光纤电流互感器测量装置的误差也会越大(其中拟合现场实际情况及在大风、骤雨情况下即会发生温度升降速度较快的情况)。同时目前全光纤电流互感器在试验时也发现，恒温状态下产品的精度与传统电磁式电流互感器相比，精度相近且略高于传统电磁式互感器，然而在高低温试验时，尤其是温度升降过程中实验时，测量误差较大，精度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种全光纤电流互感器及其温度补偿方法，用以解决温度变化过程中光纤电流互感器测量精度低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种全光纤电流互感器，包括传感环和用于光电转换并最终输出采集信号的信号处理电路，所述传感环包括壳体和设置在壳体内的光纤，所述信号处理电路采集连接温度传感器；所述温度传感器设置于传感环相同的温度环境内；环绕所述温度传感器还设置有导温材质的罩体。

传感环由光缆和外壳构成，环境温度变化时，光缆处的温度变化与外壳外面的环境温度变化不同，直接通过温度传感器测量环境温度进行温度补偿会导致测量误差较大。本发明通过在温度传感器附近设置温度传导材料，类似于传感环的光缆外面具有导热的金属外壳，从而模拟出与传感环内部光纤相类似的温度传导环境，此时即使在温度变化的环境中测量出的温度，也会与传感环内部光缆的温度接近，从而提高了互感器的温度补偿的精度，降低了温度变化时互感器的测量误差。

进一步的，所述温度传感器及罩体不直接与地面接触。

大地会对附近温度构成一定影响，温度传感器不直接固定设置在底面上进一步增加了温度补偿的精度。

进一步的，所述温度传感器与传感环间隔设定距离设置，以使温度传感器处于传感环所在电场环境之外。

传感环设置于导体外侧，高电压等级的导体附近的强电场对精密的温度传感器有较大干扰，因此温度传感器距离传感环一定距离，同时处于同样的大气环境温度条件下，即可在避免电场干扰的前提下，提高温度补偿精度。

进一步的，所述罩体为中空的封闭外壳，封闭外壳中空的空腔内设置所述温度传感器。

封闭外壳能够更加精准的模拟传感环内部电缆的环境，测量更加准确。

进一步的，所述温度传感器固定在空腔中心位置，通过细杆支撑连接封闭外壳，或者通过细丝挂设于封闭外壳。

避免传感器与导热的外壳接触，进一步增加测量精度。

进一步的，所述封闭外壳通过长杆支撑设置于地面。

通过细杆支撑远离地面，进一步减少地面对温度测量的干扰。

进一步的，所述封闭外壳采用与传感环壳体相同的导温材质。

采用相同材质，更加接近传感环内部光缆的环境。

本发明的一种全光纤电流互感器温度补偿方法，在传感环相同的温度环境内的导热材质旁测量温度，并利用该测量出的温度对全光纤电流互感器进行误差补偿。

进一步的，在导热材质形成的外壳内测量温度。

进一步的，所述外壳不直接接触地面。

本发明通过温度测量方法的设计，尽量使传感环光缆的实际温度数据与温度测量的数据一致，提高全光纤电流互感器的测量精度。

附图说明

图1是本发明全光纤电流互感器原理示意图；

图2是本发明全光纤电流互感器传感环及温度传感器结构示意图；

图3(a)是升温状态下本发明中温度传感器测量值与光头部分温度实际值示意图；

图3(b)是降温状态下本发明中温度传感器测量值与光头部分温度实际值示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

全光纤电流互感器实施例：

如图1所示的一种全光纤电流互感器，包括传感环、光路部分、电路部分和温度传感器。其传感环、光路部分及电路部分与现有技术的全光纤电流互感器原理相同，利用法拉第磁光效应，光源发出的光形成平行光进入起偏器，经过起偏器以后转变为线偏振光，当线偏振光经过设置在被测导线周围的传感环内的光缆时，导线中的电流产生的磁场将使光的偏振方向发生偏转，偏转后的偏振光通过检偏器，检测出偏振面旋转的角度。经过检偏器以后的变化了光强的光，经过光处理模块上的光电探测器接收，并把它转换成电信号，然后经过相关电路检出其光强变化，再经过信号处理、信息提取等智能过程，从而实现对被测导体内电流强度的检测。

由于传感环内的光纤对温度较为敏感，在温度变化的情况下，全光纤电流互感器存在一定误差，需要实时采集传感环内部光缆(或者说光头)的温度，根据这个温度在信号处理阶段对全光纤电流互感器的测量结果进行补偿，以降低互感器的检测误差。一般通过设置同步温度传感器来实现，温度传感器与信号处理单元连接，在信号处理时采集温度传感器的温度值作为光缆的实时温度，进行补偿。

本发明的改进在于对全光纤电流互感器中用于温度补偿的温度传感器进行了改进，提高了传感环内部光缆温度测量(估计)的精度，进而降低了互感器因温度变化而导致的测量误差。

具体的，本发明的方案如图2所示，图中包括(被测)主导体1(图中示出的是其截面)、传感环2、支撑绝缘子3、温度传感器装配4。传感环2通过支撑绝缘子3设置在地面上，主导体1从传感环2中穿过，温度传感器装配4设置在传感环2附近，使其和传感环2处于相同的环境温度条件下，环境温度条件相同是指，当前温度、影响温度的条件及温度的变化速度等情况均相同。本领域技术人员应当明了，不同环境条件下处于相同温度条件的要求也会略有不同，例如在空旷的野外，空气流动性良好，此时温度条件相同的区域就相应较大；而在变电站内部，存在热源及受到建筑遮挡的情况，则相同温度条件就应当是阳光和空气流动上均受到相同条件的遮挡，且距同一热源的距离也相同。由此看来，温度传感器装配4设置的位置距离传感环2越近越好。

但同时为了防止主导体1产生的电场的干扰，温度传感器装配4还应当处于主导体产生的一定电磁干扰范围之外。由以上两个条件，温度传感器装配4的位置应当在受到电场干扰足够小的前提下距离传感环2足够近。在不考虑成本等因素的条件下，可以将温度传感器装配4设置于传感环2相同高度的主导体1电场干扰范围外。在较高的电压等级条件下，由于主导体1及传感环2的高度较高，在空气流动性良好，无其他遮挡等条件下，温度传感器装配4设置于传感环2的下方也能够获得较好的温度测量效果。

此外，为了避免大地的热辐射或导热性对温度测量的影响，温度传感器装配4通过足够长的长杆支撑设置于地面，使其距地面有足够的距离来避免地面的影响。

温度传感器装配4的结构如图2中A部放大处所示，包括支撑杆5、温度接收部分6、温度传感器7、温度传导材料8。温度传导材料8固定于长杆上或其他结构上，温度传感器7通过支撑杆5与温度传导材料8连接，形成支撑。同时温度传感器7的传输线可以从支撑杆5内部导出到温度传导材料8外部的温度接收部分6上，最终用于全光纤电流互感器的温度补偿。

传感环2的外壳一般采用金属材料制成，属于热的良导体，温度传导材料8应当采用与传感环2的外壳热性质相似的材料，例如导热性、比热容、热辐射能力相近的材料。当然，最佳的，可以采用与传感环2的外壳相同的材料。

温度传导材料8设置于温度传感器7旁边，距离可参考传感环2内部光缆到外壳的距离。采用相似性质的材料，设置相同的距离，这是为了使温度传感器7测量温度时受到与光缆相似的影响，也即环境温度对温度传感器7的影响与对传感环2光缆的影响相似，附近都具有相同导热性质的材料，受到相似的遮挡。

最佳的，温度传导材料8形成封闭的外壳，温度传感器7设置于温度传导材料8的外壳的空腔内，通过支撑或悬挂的方式，不与外壳相接触。外壳包裹温度传感器7的形式与传感环2内部的光缆相同，光缆也受到传感环2壳体的包裹。在温度升高或降低时，温度传感器7受到环境温度影响的条件与传感环2内部光缆受到环境温度影响的情况相同，实际测得的温度与传感环2内部光缆相匹配。

以本发明的全光纤电流互感器中的温度传感器7采集到的温度作为传感环2内部光缆的温度，实现对电流测量值的软补偿，补偿精度高，测量准确度高。如图3(a)、(b)所示，温度升高、降低过程中两者的温度幅值误差a、a’和两者的温度变化延时误差b，b’满足同步的误差要求，进而保证测量的准确度。

方法实施例：

本发明的方法，与本发明的装置(全光纤电流互感器)进行温度软补偿的构思相同，即在传感环相同的温度环境内测量温度，温度测量点的附近设置与传感环外壳热性能相近的材料，并利用该测量出的温度对全光纤电流互感器进行误差补偿。

较佳的，材料形成外壳，在外壳内测量温度，且外壳通过长杆支撑于地面。

Claims (10)

1.一种全光纤电流互感器，包括传感环和用于光电转换并最终输出采集信号的信号处理电路，所述传感环包括壳体和设置在壳体内的光纤，其特征在于，所述信号处理电路采集连接温度传感器；所述温度传感器设置于传感环相同的温度环境内；环绕所述温度传感器还设置有导温材质的罩体。

2.根据权利要求1所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述温度传感器及罩体不直接与地面接触。

3.根据权利要求2所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述温度传感器与传感环间隔设定距离设置，以使温度传感器处于传感环所在电场环境之外。

4.根据权利要求3所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述罩体为中空的封闭外壳，封闭外壳中空的空腔内设置所述温度传感器。

5.根据权利要求4所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述温度传感器固定在空腔中心位置，通过细杆支撑连接封闭外壳，或者通过细丝挂设于封闭外壳。

6.根据权利要求5所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述封闭外壳通过长杆支撑设置于地面。

7.根据权利要求6所述的全光纤电流互感器，其特征在于，所述封闭外壳采用与传感环壳体相同的导温材质。

8.一种全光纤电流互感器温度补偿方法，其特征在于，在传感环相同的温度环境内的导热材质旁测量温度，并利用该测量出的温度对全光纤电流互感器进行误差补偿。

9.根据权利要求8所述的全光纤电流互感器温度补偿方法，其特征在于，在导热材质形成的外壳内测量温度。

10.根据权利要求9所述的全光纤电流互感器温度补偿方法，其特征在于，所述外壳不直接接触地面。

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