CN207675818U - 一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器。该电流互感器包括光源、第一耦合器、第二耦合器和光电探测器，第一耦合器上设置有第一输出端、所述光信号输入端和所述输入输出端，第二耦合器上设置有第一输入端、反射光输出端和反射光测试端，第一输出端光纤连接第一输入端，反射光测试端连接反射光测试装置以测试所述反射光光信号，通过第二耦合器将反射光信号分为测试部分和测量部分，在光电探测器出现无输出的现象时，可通过反射光测试装置直接进行测试，从而判断光电探测器是否故障，解决了全光纤电子式电流互感器中有源器件的故障检测过程中拆卸、断纤导致检测不便利且对互感器光路结构影响较大的问题。

Description

一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器。

背景技术

在电网中对其传输的电流进行准确、快速的测量是整个电网输电环节的关键所在，其中在电网传输中对电流进行测量的设备称之为电流互感器。随着经济社会的高速发展，对电力的需求也在日益增加，特别是随着电压等级的不断提高，传统电流互感器逐渐显现出了它应用的局限性，诸如体积重量大、存在磁饱和现象、安装复杂等。随着全光纤电流互感器的产生，改变了传统电流互感器的缺点，在世界范围内逐渐成为电流互感器的应用发展方向。但是全光纤电流互感器由于其采用纯光路结构来获取电流信息，并且光路结构中的光器件之间都是用光纤熔接在一起的单分支闭环结构，一旦发生故障很难从外部识别故障源，除非将各个光器件断开进行分别检查测量，因此对全光纤电流互感器进行快速准确故障的定位是十分必要的。而全光纤电流互感器一旦制成，往往需要对其光路结构进行固定处理，其中一旦发生故障不能及时准确的定位出故障源，需要逐层拆开光路，这个过程不仅费力耗时而且容易滋生新的故障源。

全光纤电子式电流互感器光路结构包括光源、耦合器、起偏器、相位调制器、光纤传感环、反射镜、光电探测器、信号处理单元等，其中只有光源和光电探测器为有源器件，而其余均为无源器件。在实际应用中这两个器件发生故障的概率最高，而且一旦发生故障很难判别故障源，传统的方法是分别将光源SLED断开或者光电探测器PD与耦合器连接的光纤断开进行实际光功率的测试，这样的测试方法在实际应用极为不便利并且容易使得整个互感器的光路结构受到影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器，用以解决全光纤电子式电流互感器中有源器件的故障检测过程中拆卸、断纤导致检测不便利且对互感器光路结构影响较大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

方案一：一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器，包括光源、光电探测器和第一耦合器，所述第一耦合器上设置有第一输出端、光信号输入端和输入输出端；所述光源通过光纤输出连接所述光信号输入端，所述输入输出端用于输出光信号和接收相应的反射光光信号，所述电流互感器还包括第二耦合器，所述第二耦合器上设置有第一输入端、反射光输出端和反射光测试端，所述第一输出端光纤连接所述第一输入端，所述反射光输出端光纤连接所述光电探测器，所述反射光测试端用于连接反射光测试装置，以测试所述反射光光信号。

有益效果是，本方案一通过设置第二耦合器将反射光信号分为用于反射光测试的部分和用于测量的部分，在光电探测器出现无输出的现象时，在不改变现有结构的前提下，可直接利用反射光测试装置对通过反射光测试输出端的反射光信号进行测试，从而判断光电探测器是否故障，解决了有源器件故障诊断过程中拆卸、断纤等对光路结构影响较大的问题。

方案二：在方案一的基础上，所述第一耦合器上还设置有第二输出端；所述第二输出端光纤用于连接光源测试装置，以测试所述光源输出的光信号。

有益效果是，本方案二通过设置第一耦合器增加一个第二输出端，将光源的光信号分为用于光源测试的部分和用于测量的部分，在光电探测器出现无输出的现象时，在不改变现有结构的前提下，可以采用光源测试装置对通过第二输出端的光源光信号进行测试，结合反射光测试装置的结果，从而判断光电探测器和光源是否故障。

方案三：在方案一或方案二的基础上，所述电流互感器还包括起偏器、直波导相位调制器、光纤波片、光纤传感环、反射镜和信号处理装置；通过所述输入输出端的光源光信号依次通过光纤连接的所述起偏器、所述直波导相位调制器、所述光纤波片和所述光纤传感环后经所述反射镜反射返回，所述光纤传感环由所述光纤波片与所述反射镜之间的光纤构成；所述光电探测器的输出端信号连接所述信号处理装置的输入端，所述信号处理装置的输出端信号连接所述直波导相位调制器。

方案四：在方案三的基础上，所述电流互感器还包括上位机显示处理单元，所述信号处理装置的输出端信号连接所述上位机显示处理单元。

方案五：在方案二或方案四的基础上，设定所述输入输出端与所述第二输出端的分光比为第一设定值。

方案六：在方案一或方案四的基础上，设定所述反射光输出端与所述反射光测试端的分光比为第二设定值。

方案七：在方案六的基础上，所述第二设定值不小于0.95。

方案八：在方案七的基础上，所述第一耦合器为2×2的输入输出结构，所述第二耦合器为1×2的输入输出结构。

方案九：在方案二的基础上，所述反射光测试端通过第一光纤跳线接头连接反射光测试装置，所述第二输出端通过第二光纤跳线接头连接光源测试装置。

方案十：在方案九的基础上，所述第一光纤跳线接头和所述第二光纤跳线接头均为保偏光纤跳线接头。

附图说明

图1是实施例1的一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器的示意图；

图2是实施例1的第一耦合器的示意图；

图3是实施例1的第二耦合器的示意图；

图4是实施例2的一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器的示意图；

图5是实施例2的第一耦合器的示意图；

图6是耦合器模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例1

本实施例1提供一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器，如图1所示，包括光源SLED 1、第一耦合器2、起偏器3、45度熔接点4、直波导相位调制器5、光纤延迟线6、光纤波片7、光纤传感环8、反射镜9、第二耦合器10、光电探测器11、信号处理装置12和上位机13；其中，第一耦合器2，如图2所示，包括光信号输入端、输入输出端和第一输出端；第二耦合器10，如图3所示，包括第一输入端、反射光输出端和反射光测试端。优选光纤波片7为光纤四分之一波片。

光源SLED 1通过光纤输出的光源光信号至光信号输入端，经过第一耦合器2耦合后从输入输出端输出，同时，经光路反射回来的反射光信号通过输入输出端进入第一耦合器2后从第一输出端输出。第一输出端通过光纤连接第一输入端，反射光输出端通过光纤连接光电探测器11，反射光测试端通过加熔熊猫类型的保偏光纤跳线接头连接反射光测试装置。

起偏器3的输出端通过45度熔接点4光纤连接直波导相位调制器5的输入端，直波导相位调制器5的输出端通过一段光纤延迟线6和光纤波片7连接反射镜9，其中光纤传感环8由光纤波片7与反射镜9之间的光纤构成，光纤传感环8中间有载流的一次导体通过；光电探测器11的输出端信号连接信号处理装置12的输入端，信号处理装置12的输出端信号连接直波导相位调制器5和上位机13。

本实施例1提供的一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器的工作情形如下：光源SLED 1输出的低偏散射光经过第一耦合器2的输入输出端将设定分量的光源信号输送到起偏器3转换为线偏振光，而后通过45度熔接点4将线偏振光分为两个相互正交的X分量线偏光和Y分量线偏光；X分量线偏光和Y分量线偏光通过直波导相位调制器5的调制后，通过光纤延迟线6将X分量线偏光和Y分量线偏光进行在相位上进行进一步拉大，经光纤四分之一波片将X分量的线偏振光和Y分量的线偏振光转换为左旋和右旋圆偏振光，在通过光纤传感环8的时候，由于法拉第磁致旋光效应，得到载有载流一次导体电流信息的光信号，通过反射镜9反射后，沿反向光路前端传输。

反射光通过光纤四分之一波片后转换为两束线偏振光，此时的发射的线偏振光通过光纤延迟线6、直波导相位调制器5后在起偏器3处发生干涉，此时的干涉光信号即为获取电流信息的光信号，该反射光信号通过第一耦合器2的第一输出端送入第二耦合器10的第一输入端，经过耦合分光从反射光输出端和反射光测试端，分别进入光电探测器11和反射光测试装置，从而在光电探测器11无信号输出的时候对反射光信号进行相应的测试，进而可以判断光电探测器11是否正常工作。

其中，第二耦合器11为一种1×2的输入输出结构，由于进入到光电探测器11反射光功率信号的一般在几百微瓦，直接用于后续信号处理分析，因此必须保证第二耦合器10通过反射光输出端进入光电探测器11的光分量为通过反射光测试端进入反射光测试装置的光分量的95％以上。

因此，在第二耦合器10选择其中一个输出光分量端口即可对全光纤电子式电流互感器光路中的反射光功率进行实时的测量，省去的断纤进行测量的过程，一旦发生光电探测器11无输出的现象时通过直接连接便可对故障进行快速排查。

本实施例1通过设置第二耦合器将反射光信号分为用于反射光测试的部分和用于测量的部分，在光电探测器出现无输出的现象时，可直接通过反射光测试部分进行测试，从而判断光电探测器是否故障。

实施例2

在现有的全光纤电子式电流互感器只有光源SLED和光电探测器两个有源器件，而其余均为无源器件，因此还需要对光源SLED的故障进行排查，在实施例1的基础上本实施例2提供一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器，如图4所示，第一耦合器2还包括一个第二输出端，用于与输入输出端进行分光输出光源光信号，第二输出端通过加熔熊猫类型的保偏光纤跳线接头连接光源测试装置。

通过光源测试装置对光源SLED的实时测量，省去了断纤测量的过程，其中，第一耦合器2为一种2×2的输入输出结构，由于其直接连接光源SLED，光功率输出源到第一耦合器2的损耗可以忽略不计，因而可以设置第一耦合器2通过输入输出端进入起偏器3的光分量与通过第二输出端进入光源测试装置的光分量比例相同或者相近。

本实施例2通过设置第一耦合器增加一个第二输出端，将光源的光信号分为用于光源测试的部分和用于测量的部分，在光电探测器出现无输出的现象时，可以通过光源测试部分进行测试，结合反射光测试装置的结果，从而判断光电探测器或光源是否故障。

本实用新型提供的一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器的具体实施方式不局限于包括2个光纤耦合器，还可以采用更多的耦合器进行分光测试，也可以利用1个M×N型耦合器为耦合器模块，如图6所示，该耦合器模块包括光信号输入端、输入输出端、第二输出端、反射光输出端和反射光测试端，其中各个端口的功能与上述实施例1、实施例2的端口的功能相同。

以上给出了本实用新型涉及的具体实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的通过设置耦合器的方式，将反射光和光源分为测量和测试两个部分的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带测量光路的全光纤电子式电流互感器，包括光源、光电探测器和第一耦合器，所述第一耦合器上设置有第一输出端、光信号输入端和输入输出端；所述光源通过光纤输出连接所述光信号输入端，所述输入输出端用于输出光信号和接收相应的反射光光信号，其特征在于，所述电流互感器还包括第二耦合器，所述第二耦合器上设置有第一输入端、反射光输出端和反射光测试端，所述第一输出端光纤连接所述第一输入端，所述反射光输出端光纤连接所述光电探测器，所述反射光测试端用于连接反射光测试装置，以测试所述反射光光信号。

2.根据权利要求1所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述第一耦合器上还设置有第二输出端；所述第二输出端光纤用于连接光源测试装置，以测试所述光源输出的光信号。

3.根据权利要求1或2所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述电流互感器还包括起偏器、直波导相位调制器、光纤波片、光纤传感环、反射镜和信号处理装置；通过所述输入输出端的光源光信号依次通过光纤连接的所述起偏器、所述直波导相位调制器、所述光纤波片和所述光纤传感环后经所述反射镜反射返回，所述光纤传感环由所述光纤波片与所述反射镜之间的光纤构成；所述光电探测器的输出端信号连接所述信号处理装置的输入端，所述信号处理装置的输出端信号连接所述直波导相位调制器。

4.根据权利要求3所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述电流互感器还包括上位机显示处理单元，所述信号处理装置的输出端信号连接所述上位机显示处理单元。

5.根据权利要求2所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，设定所述输入输出端与所述第二输出端的分光比为第一设定值。

6.根据权利要求1或4所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，设定所述反射光输出端与所述反射光测试端的分光比为第二设定值。

7.根据权利要求6所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述第二设定值不小于0.95。

8.根据权利要求7所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述第一耦合器为2×2的输入输出结构，所述第二耦合器为1×2的输入输出结构。

9.根据权利要求2所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述反射光测试端通过第一光纤跳线接头连接反射光测试装置，所述第二输出端通过第二光纤跳线接头连接光源测试装置。

10.根据权利要求9所述的带测量光路的全光纤电子式电流互感器，其特征在于，所述第一光纤跳线接头和所述第二光纤跳线接头均为保偏光纤跳线接头。