CN113466528A - 一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制备方法，包括布置在机箱内的电源和密封箱；所述密封箱包括基座板和与基座板密封连接的密封罩，所述基座板上安装有光源、环行器、直波导、延迟环以及装配探测器的主控电路板，所述光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连通；所述密封罩上设置用于电源线、光缆穿出的小孔，所述电源通过电源线连接密封箱内的光源，所述延迟环的延迟光缆、主控电路板的传输光缆穿出密封罩、机箱与外部设备连接。该密封方法简单，可靠性高，解决采集单元受湿气影响，稳定性及可靠性差，无法满足光纤电流互感器在实际工程应用中使用要求的问题。

Description

一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制作方法

技术领域

本发明属于电流互感器技术领域，具体涉及一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制作方法，特别是涉及一种用于电力测量的全光纤电流互感器高可靠采集单元及其制作方法。

背景技术

全光纤电流互感器是数字化变电站中不可缺少的一种计量设备，是国际上公认的替代传统电流互感器的理想产品，具有频率效应快、动态范围大、测量精度高等特点。这种基于法拉第效应的新型光电传感器，可以满足继电保护控制、电能计量、电能质量监测等领域不断发展的需求。

电网要求电力设备的使用寿命至少要在10年以上，作为变电站主要设备之一的互感器一旦发生故障，不但带来的直接经济损失不可估计，还会造成极其恶劣的社会影响。电网运行的稳定性和安全性对光纤电流互感器的可靠性提出了很高的要求。可互感器往往工作在恶劣的自然环境中，受风吹、日晒、雨淋、雷电等各种外界因素干扰，极易损坏。因此互感器需要采取一定的防护措施，保证互感器具有良好的环境适应性。

全光纤电流互感器主要由传感头、采集单元两部分构成，如图1所示。传感头主要由传感环圈、1/4波片、反射镜组成，是光纤电流互感器感应电流的主要环节，一般安装在变电站一次侧高压设备上；采集单元位于低电压的二次侧，主要由光学器件(光源、环行器、直波导、探测器)、控制电路及延迟光纤环组成，是光纤电流互感器光信号产生、传播与处理及控制的主要环节，同时完成与变电站其他设备通信。一般与其他电力设备一起安装在变电站的开关柜内，以便统一供电。

按电网要求，采集单元外壳普遍采用标准4U尺寸机箱，通常放置在户外开关柜中。由于这种机箱不具备密封功能，采集单元中的各种器件及电路板都无法避免受到湿气侵扰，极易出现故障。为提高采集单元的可靠性，采用合理的密封势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制作方法，该采集单元密封方法简单，可靠性高，解决采集单元受湿气影响，稳定性及可靠性差，无法满足光纤电流互感器在实际工程应用中使用要求的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种高可靠光纤电流互感器采集单元，包括布置在机箱内的电源和密封箱；所述密封箱包括基座板和与基座板密封连接的密封罩，所述基座板上安装有光源、环行器、直波导、延迟环以及装配探测器的主控电路板，所述光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连通；所述密封罩上设置用于电源线、光缆穿出的小孔，所述电源通过电源线连接密封箱内的光源，所述延迟环的延迟光缆、主控电路板的传输光缆穿出密封罩、机箱与外部设备连接。

进一步地，所述光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连接的熔点均采用密封处理。

进一步地，所述熔点外部依次套装松套管、热缩套管，所述松套管内填充密封胶包裹熔接点，所述松套管外部有热缩套管箍紧。

进一步地，所述基座板与密封罩连接处均设有一圈U型槽，所述基座板U型槽布设密封圈和密封毡后，所述密封罩U型槽对准密封圈扣紧，所述基座板与密封罩外圈通过螺钉连接。

进一步地，所述密封罩上小孔处粘接密封垫，电源线、光缆穿过密封垫后用密封胶填充缝隙。

本发明还提供了一种高可靠光纤电流互感器采集单元的制作方法，包括如下步骤

将各光学器件和延迟环依次熔接；

将各光学器件、延迟环和主控电路板安装到基座板上；

将缆线从密封罩开孔中穿出，并将基座板与密封罩密封连接构成密封箱；

将密封箱、电源放入机箱内固定，连接电源线，固定机箱上盖。

进一步地，所述熔接处理包括

在各光学器件和延迟环尾纤一端套上松套管和热缩套管，将各光学器件及延迟环按顺序依次进行光纤熔接；

各熔点用松套管套住，向松套管内填充密封胶，直至填满后静置；

将热缩套管套住松套管，加热使热缩套管紧紧箍住松套管后静置；

安装光学器件、延迟环后将热缩套管粘接在基座板上。

进一步地，所述基座板与密封罩密封连接具体为：在基座板U型槽内放置O型密封圈及密封毡，扣上密封罩，拧紧沉头螺钉。

进一步地，所述密封罩开孔中穿出的缆线，穿过中间开孔的密封垫，将密封垫粘在密封罩上，并用密封胶填充密封垫与缆线之间的孔洞。

进一步地，所述各光学器件和延迟环的一端尾纤均套上长度为1cm的松套管和长度为1.5cm的热缩套管；各光学器件按照光源→环行器→直波导→延迟环→探测器顺序依次熔接；

所述熔点两端光纤涂色，用以标记熔点；所述熔点放置在松套管中部，从松套管一侧填充硅脂密封胶，填满后将其静置12小时；

所述热缩套管包裹住松套管，热风枪加热1分钟使热缩套管紧紧箍住松套管后静置6小时；

所述密封垫与缆线之间填充704胶；

所述密封箱静置24小时后放入机箱内；

所述采集单元静置24小时后再使用。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明提出了一种高可靠光纤电流互感器采集单元及其制作方法，此方法设计合理、制作简单、操作性强，制作的采集单元具有复式双层密封和端面夹紧密封两种密封形式，具有环境适应性好、可靠性高的突出优点，使得此种采集单元在光纤电流互感器中的应用中可取代传统的采集单元，成为高精度、高稳定、高可靠的全光纤电流互感器的主要组件。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为典型全光纤电流互感器构成示意图；

图2为本发明具体实施例提供的采集单元整体结构示意图，(a)为内部俯视图，(b)为剖视图；

图3为本发明具体实施例提供的采集单元组成结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的熔点密封示意图；

图5为本发明具体实施例提供的采集单元密封示意图，(a)为密封罩与基座板密封示意图，(b)为密封罩上开孔密封示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1.电源线，2.机箱，3.电源，4.光源，5.基座板，6.环行器，7.直波导，8.延迟环，9.探测器，10.主控电路板，11.传输光缆，12.密封罩，13.延迟光缆，14.熔点，15.松套管，16.硅脂密封胶，17.热缩套管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细阐述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动而获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

采集单元是全光纤电流互感器的重要部件，主要由光源、环行器、直波导以及探测器等光学器件和主控电路板、延迟光纤环组成。采集单元的组件一般都直接安装固定在机箱盒之中，由于机箱无密封，组件极易受到水汽影响，导致互感器输出异常甚至出现故障。因此本发明提供了一种高可靠光纤电流互感器采集单元，该高可靠采集单元采用组合密封结构，利用复式双层密封和端面夹紧密封两种密封形式的组合，以提高密封的可靠性，延长采集单元的使用寿命。

本发明提供的高可靠光纤电流互感器采集单元包括布置在机箱内的电源和密封箱；密封箱包括基座板和与基座板密封连接的密封罩，基座板上安装有光源、环行器、直波导、延迟环以及装配探测器的主控电路板，光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连通；密封罩上设置用于电源线、光缆穿出的小孔，电源通过电源线连接密封箱内的光源，延迟环的延迟光缆、主控电路板的传输光缆穿出密封罩、机箱与外部设备连接。

光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连接的熔点均采用密封处理，熔点外部依次套装松套管、热缩套管，松套管内填充密封胶包裹熔接点，松套管外部有热缩套管箍紧。

基座板与密封罩之间通过端面加紧密封，基座板与密封罩连接处均设有一圈U型槽，基座板U型槽布设密封圈和密封毡后，密封罩U型槽对准密封圈扣紧，基座板与密封罩外圈通过螺钉连接。

密封罩上小孔处粘接密封垫，电源线、光缆穿过密封垫后用密封胶填充缝隙。

上述高可靠光纤电流互感器采集单元的制作方法主要为：首先将各光学器件和延迟环依次熔接；其次将各光学器件、延迟环和主控电路板安装到基座板上；然后将缆线从密封罩开孔中穿出，并将基座板与密封罩密封连接构成密封箱；最后将密封箱、电源放入机箱内固定，连接电源线，固定机箱上盖。

本发明实施例中提供的高可靠光纤电流互感器采集单元具体结构如图2、3所示，包括电源线1、机箱2、电源3、光源4、基座板5、环行器6、直波导7、延迟环8、探测器9、主控电路板10、传输光缆11、密封罩12、延迟光缆13。

光源4、环行器6、直波导7、延迟环8、主控电路板10安装在基座板5上且外部设置有密封罩12，探测器9安装在主控电路板10上，光源4、环行器6、直波导7、延迟环8、探测器9通过光纤连通。基座板5与密封罩12组成的密封箱以及电源3均放置在机箱2内，电源3一端电源线穿出机箱与外部连通，另一端电源线穿过密封箱为光源4供电。延迟环8的延迟光缆13、主控电路板10的传输光缆11均穿出密封罩12和机箱2，与外部连通。

如图3所示，内层密封是密封各光学器件及延迟环的尾纤熔接后形成的熔点，由松套管及热缩管组成双层密封保护，如图4所示。光源4、环行器6、直波导7、延迟环8、探测器9通过光纤连通，光纤与各部件连接处的熔点14外部套装松套管15、热缩套管17，松套管15内填充密封胶16包裹熔接点，松套管15外部有热缩套管17箍紧。

外层密封将各光学器件及延迟环与外界完全隔离，由基座板和密封罩闭合构成，实现端面加紧密封，如图5所示。基座板5与密封罩12连接处均设有一圈U型槽，用于布设密封圈和密封毡，基座板5与密封罩12外圈通过螺钉连接。

密封罩12上开孔用于传输光缆11、延迟光缆13穿出。开孔处设置密封垫，光缆穿出密封垫，且密封垫粘接在密封罩12上，并用密封胶填补光缆与密封垫的缝隙。

本发明提供的一种高可靠光纤电流互感器采集单元的制作方法，步骤如下：

a)在各光学器件(包括光源、环行器、直波导、探测器等)和延迟环尾纤一端套上松套管和热缩套管，将各光学器件及延迟环按顺序依次进行光纤熔接；

b)各熔点用松套管套住，向松套管内填充密封胶，直至填满后静置；

c)将热缩套管套住松套管，加热使热缩套管紧紧箍住松套管后静置；

d)将各光学器件及延迟环并安装在基座板上，将热缩套管粘接在基座板上；

e)安装主控电路板，插接好探测器、波导线等；

f)在基座板U型槽内放置O型密封圈及密封毡，扣上密封罩，拧紧沉头螺钉，与外界相连的缆线从密封罩开孔处穿出；

g)缆线穿过中间开孔的密封垫，将密封垫粘在密封罩上，并用密封胶填充密封垫与缆线之间的孔洞；

h)静置后将密封好的密封箱放入机箱内，固定好；

i)将电源装入机箱，连接好电源线，盖上机箱上盖，并用螺钉固定；

j)结束后将采集单元静置后再使用。

如图4、5所示，该高可靠光纤电流互感器采集单元制作方法，首先完成内层密封：

步骤a)中，在各光学器件的一端尾纤均套上长度为1cm的松套管和长度为1.5cm的热缩套管，为熔点密封做准备。将光学器件放在基座板上，各光学器件按照光源→环行器→直波导→延迟环→探测器顺序依次熔接。

步骤b)中将熔点两端光纤涂色，用以标记熔点。松套管移至熔点处，尽量将熔点放置在松套管中部。从松套管一侧填充硅脂密封胶，直至胶填满松套管后将其静置。

步骤c)中将松套管套住的熔点静置12小时后待硅脂密封胶凝固，再将事先套好的热缩套管包裹住松套管，热风枪加热1分钟使热缩套管紧紧箍住松套管后静置。

步骤d)中将密封好的熔点静置6小时后，将各光学器件及延迟环并安装固定在基座板上，用704胶均匀涂抹在热缩管底部，将其粘接在基座板上。

步骤e)中待704胶6小时完全固化后，安装主控电路板，插接好探测器、波导线等。

接着完成外层密封：

步骤f)中在基座板U型槽内放置好O型密封圈后，将密封毡放置在密封圈上，再将密封罩的U型槽对准密封圈压住，拧紧沉头螺钉，电源线、光缆等缆线从密封罩开孔处穿出。

步骤g)中线缆穿过中间开孔(孔径与延迟缆线直径相同)的圆形密封垫，用704胶将密封垫粘在密封罩上。并用704胶填补缆线与圆孔之间的孔洞。

步骤h)中将密封好的密封箱静置24小时后放入机箱内，固定好。

步骤i)中将电源装入机箱，接好电源线，盖上机箱上盖，并用沉头螺钉固定好。

步骤j)中采集单元静置24小时后再使用。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种高可靠光纤电流互感器采集单元，其特征在于，包括布置在机箱内的电源和密封箱；所述密封箱包括基座板和与基座板密封连接的密封罩，所述基座板上安装有光源、环行器、直波导、延迟环以及装配探测器的主控电路板，所述光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连通；所述密封罩上设置用于电源线、光缆穿出的小孔，所述电源通过电源线连接密封箱内的光源，所述延迟环的延迟光缆、主控电路板的传输光缆穿出密封罩、机箱与外部设备连接。

2.根据权利要求1所述的高可靠光纤电流互感器采集单元，其特征在于，所述光源、环行器、直波导、延迟环、探测器通过光纤连接的熔点均采用密封处理。

3.根据权利要求2所述的高可靠光纤电流互感器采集单元，其特征在于，所述熔点外部依次套装松套管、热缩套管，所述松套管内填充密封胶包裹熔接点，所述松套管外部有热缩套管箍紧。

4.根据权利要求3所述的高可靠光纤电流互感器采集单元，其特征在于，所述基座板与密封罩连接处均设有一圈U型槽，所述基座板U型槽布设密封圈和密封毡后，所述密封罩U型槽对准密封圈扣紧，所述基座板与密封罩外圈通过螺钉连接。

5.根据权利要求4所述的高可靠光纤电流互感器采集单元，其特征在于，所述密封罩上小孔处粘接密封垫，电源线、光缆穿过密封垫后用密封胶填充缝隙。

6.一种高可靠光纤电流互感器采集单元的制作方法，其特征在于，所述制作方法用于制作权利要求1～5中任一项所述的光纤电流互感器采集单元，包括如下步骤

将各光学器件和延迟环依次熔接；

将各光学器件、延迟环和主控电路板安装到基座板上；

将缆线从密封罩开孔中穿出，并将基座板与密封罩密封连接构成密封箱；

将密封箱、电源放入机箱内固定，连接电源线，固定机箱上盖。

7.根据权利要求6所述的高可靠光纤电流互感器采集单元制作方法，其特征在于，所述熔接处理包括

在各光学器件和延迟环尾纤一端套上松套管和热缩套管，将各光学器件及延迟环按顺序依次进行光纤熔接；

各熔点用松套管套住，向松套管内填充密封胶，直至填满后静置；

将热缩套管套住松套管，加热使热缩套管紧紧箍住松套管后静置；

安装光学器件、延迟环后将热缩套管粘接在基座板上。

8.根据权利要求7所述的高可靠光纤电流互感器采集单元制作方法，其特征在于，所述基座板与密封罩密封连接具体为：在基座板U型槽内放置O型密封圈及密封毡，扣上密封罩，拧紧沉头螺钉。

9.根据权利要求8所述的高可靠光纤电流互感器采集单元制作方法，其特征在于，所述密封罩开孔中穿出的缆线，穿过中间开孔的密封垫，将密封垫粘在密封罩上，并用密封胶填充密封垫与缆线之间的孔洞。

10.根据权利要求9所述的高可靠光纤电流互感器采集单元制作方法，其特征在于，所述各光学器件和延迟环的一端尾纤均套上长度为1cm的松套管和长度为1.5cm的热缩套管；各光学器件按照光源→环行器→直波导→延迟环→探测器顺序依次熔接；

所述熔点两端光纤涂色，用以标记熔点；所述熔点放置在松套管中部，从松套管一侧填充硅脂密封胶，填满后将其静置12小时；

所述热缩套管包裹住松套管，热风枪加热1分钟使热缩套管紧紧箍住松套管后静置6小时；

所述密封垫与缆线之间填充704胶；

所述密封箱静置24小时后放入机箱内；

所述采集单元静置24小时后再使用。

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