CN115436682A - 一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法,其包括光感单元,所述光感单元包括光纤电流互感器、设置于光纤电流互感器顶部端面的光纤传感环壳体、设置于光纤传感环壳体内部的导体、以及设置于光纤传感环壳体内的光纤传感环,以及;温感单元,所述温感单元包括钢支架、设置在钢支架侧面的温度传感挂箱和套设在钢支架上的箍套,所述箍套固定连接温度传感挂箱,通过互感器自带的温度传感器,实时监测环境温度,并根据温度和比差之间的关系对电流测量精度进行补偿,实现宽温度(‑40℃~+85℃)情况下0.2的测量准确级。
Description
技术领域
本发明涉及互感器技术领域,特别是一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法。
背景技术
随着电力系统的发展,特高压直流输电工程的建设和投运,对于测量用的电流互感器提出的要求也越来越高,其测量的准确性直接影响直流输电系统的安全和稳定运行。光纤电流互感器作为新兴的测量装置,具有传统互感器和电子式互感器无法比拟的优势:其一次本体部分为全无源结构、可靠性高、测量范围大、体积小、绝缘简单等特点,近年来得到了大力的推广。
目前被广泛应用于工程的光纤电流互感器,都是采用反射式sagnac互易结构,此结构可有效避免双折射带来的影响,但无法消除温度带来的影响,特别是温度高于50℃或者低于-20℃时,光纤传感环的测量精度会超出0.2%甚至达到2%,虽然各互感器生产厂家都有特殊的工艺制作方法,但难点始终存在,不易客服。本专利介绍一种提高电流测量精度的补偿方法,通过互感器自带的温度传感器测量环境温度,根据统计拟合的试验方法得到比差和温度之间的关系,并根据此关系对光纤电流互感器进行补偿,实现宽温度 (-40℃~+85℃)情况下0.2的测量准确级。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于现有技术中存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明所要解决的技术问题是温度对光纤电流互感器造成的误差影响。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法,其包括光感单元,所述光感单元包括光纤电流互感器、设置于光纤电流互感器顶部端面的光纤传感环壳体、设置于光纤传感环壳体内部的导体、以及设置于光纤传感环壳体内的光纤传感环,以及;
温感单元,所述温感单元包括钢支架、设置在钢支架侧面的温度传感挂箱和套设在钢支架上的箍套,所述箍套固定连接温度传感挂箱。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:所述光纤电流互感器侧面设置有光纤复合绝缘子,光纤电流互感器的底部端面设置有底座。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:所述光纤传感环包括有反射镜和传感光纤,所述反射镜设置于传感光纤的末端。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:所述钢支架顶部设置有法兰,所述法兰连接底座,所述法兰上设置有螺栓,所述螺栓设置有多个。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:所述温度传感挂箱包括箱体、设置于箱体侧面的盖板、设置在盖板上的密封条以及设置在箱体内的温度传感器。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:温度传感器的数量与光纤传感环数量一一对应。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:还包括处理单元,所述处理单元包括屏柜、设置于屏柜侧面的保偏光缆和温度信号传输光缆。
作为本发明所述一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法的一种优选方案,其中:所述光纤传感环还包括有/波片,所述/波片连接保偏光缆,所述温度信号传输光缆连接温度传感挂箱。
一种提高互感器电流测量精度的补偿方法,其特征在于:包括设置于屏柜内部的光路模块、测温模块、数据处理模块、电流信号传输光缆和温度信号传输光缆,所述电流信号传输光缆一端接入光路模块,另一端接入数据处理模块,所述温度信号传输光缆一端接入测温模块,另一端接入数据处理模块。
一种提高互感器电流测量精度的补偿方法,其特征在于:包括以下步骤:
采用统计拟合的试验方法,得到比差ε和温度T的关系,数据处理单元通过温度补偿的方法,消除了环境温度T对电流测量精度带来的影响,实现在宽温度(-40℃~+85℃)情况下0.2的测量准确级;
通过单独对光纤传感环(13)进行全温准确度试验,得到比差ε和温度T 的关系,满足一次函数ε(T)=aT–b,a和b的数值大小与光纤环个体差异有关。
本发明的有益效果:通过互感器自带的温度传感器,实时监测环境温度,并根据温度和比差之间的关系对电流测量精度进行补偿,实现宽温度 (-40℃~+85℃)情况下0.2的测量准确级。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,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性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为第一个实施例中的装置整体示意图。
图2为第二个实施例中的光感单元示意图。
图3为第二个实施例中的温感单元示意图。
图4为第三个实施例中的全温准确度试验曲线图。
图5为第三个实施例中的温度修正后全温准确度试验曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1,为本发明第一个实施例,该实施例提供了一种光纤电流互感器以及提高互感器电流测量精度的补偿方法,其特征在于:包括,光感单元100,光感单元100包括光纤电流互感器101、设置于光纤电流互感器101顶部端面的光纤传感环壳体102、设置于光纤传感环壳体102内部的导体103、以及设置于光纤传感环壳体102内的光纤传感环104,以及;温感单元200,温感单元 200包括钢支架201、设置在钢支架201侧面的温度传感挂箱202和套设在钢支架201上的箍套203,箍套203固定连接温度传感挂箱202。
进一步的,光纤电流互感器101侧面设置有光纤复合绝缘子101a,光纤电流互感器101的底部端面设置有底座101b。
进一步的,光纤传感环104包括有反射镜104a和传感光纤104b,反射镜 104a设置于传感光纤104b的末端。
钢支架201顶部设置有法兰201a,法兰201a连接底座101b,法兰201a上设置有螺栓201a-1,螺栓201a-1设置有多个。
温度传感挂箱202包括箱体202a、设置于箱体202a侧面的盖板202b、设置在盖板202b上的密封条202c以及设置在箱体202a内的温度传感器202d。
温度传感器202d的数量与光纤传感环104数量一一对应,实现温度信号对每路电流信号的独立补偿,满足了测量和保护的多重化需求。
较佳的,还包括处理单元300,处理单元300包括屏柜301、设置于屏柜 301侧面的保偏光缆302和温度信号传输光缆303。
光纤传感环104还包括有1/4波片104c,1/4波片104c连接保偏光缆302,温度信号传输光缆303连接温度传感挂箱202。
实施例2
参照图2~图3,为本发明第二个实施例,该实施例基于上一个实施例,进一步的,对光纤传感环104单独进行全温准确度试验,得到比差与环境温度的关系;
进一步的数据处理模块301c根据比差和环境温度的关系,对被测电流进行补偿,并得到消除温度影响后的测量准确级;
光路模块301a放置于屏柜301中,可发出和接收偏振光,对反射回来的光信号进行调制解调得到被测电流Ir,并通过电流信号传输光缆301d传递给数据处理模块301c;
温度传感挂箱202通过箍套203与钢支架固定;通过温度信号传输光缆303 与测温模块301b相连;
测温模块301b放置于屏柜301中,接收和处理温度信号,并通过温度信号传输光缆301d将温度信息传输给数据处理模块301c;
数据处理模块301c放置于屏柜301中,根据测温模块301b发来的温度信号,对光路模块301a传递过来的电流信号进行补偿,得到最终的被测电流Ir 和比差ε;
屏柜301为防水设计,用于存放各类电子元器件,可用于户外;
导体103材料为铝合金,为被测电流Ir提供载体,Ir在导体103周围形成磁场;
光纤传感环104为多圈的环状结构,放置在光纤传感环壳体102中,其圈数越多,测量精度越高;其个数根据工况需求进行配置,1-4个数量不等;
光纤传感环104由反射镜104a、传感光纤104b、1/4波片104c构成;
1/4波片位于传感光纤104b和保偏光缆302之间,线偏振光经过1/4波片 104c时会变成圆偏振光;圆偏振光经过1/4波片104c时会变成线偏振光;
反射镜104a位于传感光纤末端,对偏振光起到反射作用;
保偏光缆302从光纤复合绝缘子101a中穿过,将光纤传感环104采集到的电流信息传递给光路模块301a;
底座101b为铝合金材料,通过螺栓与复合绝缘子15和钢支架9连接;
箱体202a、箱体盖板202b、密封条202c构成密闭空间;
实施例3
参照图4~图5,为本发明第三个实施例,该实施例基于本装置的一种提高互感器电流测量精度的补偿方法,在于:温度传感器24用于实时测试环境温度,数量与光纤传感环104相同,每个温度传感器24都可以传递1路独立的信号,与光纤传感环104一一对应,实现温度信号对每路电流信号的独立补偿,满足了测量和保护的多重化需求,温度传感器24可测试温度范围-50℃~+100℃或以上,测试准确性高、抗干扰性能好;
温度传感器24的温度信号通过温度信号传输光缆303传递给测温模块 301b;光路模块301a能够发出2束正交的线偏振光,2束正交线偏振光经过1/4 波片104c时形成2束圆偏振光,2束圆偏振光在传感光纤104b传播时,受导体14中被测电流Ir形成的磁场影响,形成2Δ相位差,遇到被反射镜104a反射再次经过传感光纤104b,此时相位差翻倍变成4Δ,经过1/4波片104c时圆偏振光变为线偏振光,并回到光路模块301a发生干涉,由光路模块301a对干涉信号进行解调,得到总的相位差4Δ的数值;这种光路结构称之为反射式 sagnac互易结构,可以消除双折射带来的影响;
相位差4Δ其大小与传感光纤104b的长度、传感光纤104b的Verdet常数、被测电流Ir形成的磁场有关,可用公式表示:4Δ=4V(T)∫H·dl,结合安培环路定理得到:4Δ=4V(T)*q*Ir,其中q为光纤传感环104的圈数、V(T)为传感光纤104b的费尔德常数;得到被测电流Ir=4Δ/(4V(T)*q),由于V(T)为温度T的函数,所以被测电流Ir也与温度T有关,用Ir(T)表示。
光纤电流互感器其测量精度可等效于比差ε,其定义为:被测电流Ir(T)与一实际电流I0的差值与实际电流I0的比值,可用公式ε=(Ir(T)– I0)/I0*100%表示。以50圈光纤传感环104为例,在-40℃~+85℃的情况下,施加100A电流,对光纤传感环104单独进行全温准确度试验,测试数据如下图所示,比差ε数值在-1.3%~1.3%之间,无法满足0.2的测量准确级,但比差ε与温度有非常好的相关性;
光纤电流互感器其比差ε与温度有很好的相关性,通过数据拟合的方式得到比差ε和温度存在关系:ε(T)=0.0179T-0.3709;
光纤电流互感器,要准确测量电流,需排除温度T带来的影响,进行温度补偿。未补偿之前,被测电流:Ir=(1+ε)I0;补偿时需要将ε(T)=0.0179T- 0.3709代入公式,得到某温度T时被测电流:Ir(T)=(0.0179T+0.6291)I0,为测试补偿效果,重新进行温度循环试验,测试数据如下,比差ε小于0.2%;
光纤电流互感器在采用统计拟合的试验方法进行温度补偿之后,能够满足 0.2级的测量准确级。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离发明发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种光纤电流互感器其特征在于:包括
光感单元(100),所述光感单元(100)包括光纤电流互感器(101)、设置于光纤电流互感器(101)顶部端面的光纤传感环壳体(102)、设置于光纤传感环壳体(102)内部的导体(103)、以及设置于光纤传感环壳体(102)内的光纤传感环(104),以及;
温感单元(200),所述温感单元(200)包括钢支架(201)、设置在钢支架(201)侧面的温度传感挂箱(202)和套设在钢支架(201)上的箍套(203),所述箍套(203)固定连接温度传感挂箱(202)。
2.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:所述光纤电流互感器(101)侧面设置有光纤复合绝缘子(101a),光纤电流互感器(101)的底部端面设置有底座(101b)。
3.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:所述光纤传感环(104)包括有反射镜(104a)和传感光纤(104b),所述反射镜(104a)设置于传感光纤(104b)的末端。
4.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:所述钢支架(201)顶部设置有法兰(201a),所述法兰(201a)连接底座(101b),所述法兰(201a)上设置有螺栓(201a-1),所述螺栓(201a-1)设置有多个。
5.如权利要求1所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:所述温度传感挂箱(202)包括箱体(202a)、设置于箱体(202a)侧面的盖板(202b)、设置在盖板(202b)上的密封条(202c)以及设置在箱体(202a)内的温度传感器(202d)。
6.如权利要求6所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:温度传感器(202d)的数量与光纤传感环(104)数量一一对应。
7.如权利要求6所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:还包括处理单元(300),所述处理单元(300)包括屏柜(301)、设置于屏柜(301)侧面的保偏光缆(302)和温度信号传输光缆(303)。
8.如权利要求3所述的一种光纤电流互感器,其特征在于:所述光纤传感环(104)还包括有1/4波片(104c),所述1/4波片(104c)连接保偏光缆(302),所述温度信号传输光缆(303)连接温度传感挂箱(202)。
9.一种提高互感器电流测量精度的补偿方法,其特征在于:通过权利要求1~8任一所述的装置实现,包括设置于屏柜(301)内部的光路模块(301a)、测温模块(301b)、数据处理模块(301c)、电流信号传输光缆(301d)和温度信号传输光缆(301e),所述电流信号传输光缆(301d)一端接入光路模块(301a),另一端接入数据处理模块(301c),所述温度信号传输光缆(301e)一端接入测温模块(301b),另一端接入数据处理模块(301c)。
10.一种提高互感器电流测量精度的补偿方法,其特征在于:通过权利要求1~8任一所述的装置实现,包括以下步骤:
采用统计拟合的试验方法,得到比差ε和温度T的关系,数据处理模块(301c)通过温度补偿的方法,消除了环境温度T对电流测量精度带来的影响,实现在宽温度(-40℃~+85℃)情况下0.2的测量准确级;
通过单独对光纤传感环(104)进行全温准确度试验,得到比差ε和温度T的关系,满足一次函数ε(T)=aT–b,a和b的数值大小与光纤环个体差异有关。
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