CN2582130Y - 有源光纤电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有源光纤电流互感器，特点是，它包括串联在高压母线上的分流器；一接收分流器输出的电压采样信号并进行前置放大和处理的信号处理装置；一接收信号处理装置输出的信号并进行电/光转换的电/光转换装置；一通过光纤接收光/电转换装置输出的信号并进行光/电转换的光/电转换及信号处理装置，输出与母线成比例变化的电信号；一大功率激光发生装置；一通过光纤接收大功率激光发生装置输出的信号并将其转换成电能且进行稳压的高转换效率光电池，高转换效率光电池为信号处理装置及电/光转换装置提供工作电源。它的优点为，测量精度高、温度稳定性好、绝缘结构简单、体积小、成本低廉、能够长期稳定的工作。

Description

有源光纤电流互感器

(一)技术领域

本实用新型涉及一种用于高压电力系统中进行各种电流测量和保护的有源光纤电流互感器。

(二)背景技术

传统的电磁式电流互感器由于其测量原理决定了它在高压和超高压下绝缘困难，在电力系统故障状态下存在磁饱和的缺点，充油充气型的还有爆炸的危险，同时由于上述原因使得互感器结构复杂、体积庞大，不易安装和维护。为有效的解决电磁式电流互感器的问题，并随着现代光纤技术的实用化，新型的光纤电流互感器成为研究的对象，利用光纤良好的绝缘特性解决信号传递过程中高压侧和低压侧间的绝缘问题，目前已经提出了多种形式的无源光纤电流互感器和有源光纤电流互感器。

现有技术的无源光纤电流互感器，利用法拉第磁光效应的原理，使用磁光玻璃制作成条形或块状的光学电流传感头，或者使用保偏光纤制成光纤螺线圈作为光学电流传感头，放进高压母线电流产生的磁场中，检测通过光学电流传感头的线偏振光受磁场变化引起的偏转，实现对高压母线电流的测量，光信号就是受电流调制的传感信号，不存在磁饱和现象。现有技术的无源光纤电流互感器所使用的磁光玻璃或保偏光纤随着温度的变化都产生温度双折射，光学器件光学工作面间的耦合粘结带来温度影响，磁光玻璃的磁光效应常数即费尔德常数也受温度影响，这些温度变化带来的影响都没有规律，叠加在信号光中无法消除或用电路补偿，尤其在母线电流信号较小相应调制光信号小时更加困难，因此现有技术的无源光纤电流互感器的测量精度不高、温度稳定性差，不能达到长期使用的标准。此外，无源光纤电流互感器需要使用多种精密的光学器件，一致性不好、成本也较高。

现有技术的有源光纤电流互感器，采用了不带铁心的互感器线圈(Rogowski线圈)，减少了通过线圈的磁通量，避免磁饱和现象，不存在无源光纤电流互感器使用光学电流传感头引起的温度问题。互感器线圈将高压母线电流感应为合适的电流，经过取样电阻转换成电压信号，在高压侧对采样信号进行前置放大和信号处理并电/光转换为光信号，通过光纤传递到低压侧解决绝缘问题，在低压侧将光信号重新转换为电信号实现对高压母线电流的测量。但是，有源光纤电流互感器使用不带铁心的互感器线圈，其磁感应强度变小，线圈的绕线电阻不能被忽略，同时线圈的绕制形状要求更高，致使一般制成的线圈其测量精度只能在1％左右，并随着线圈绕线电阻受温度影响发生的变化而变化，需要进行温度补偿。此外，有源光纤电流互感器在高压侧要对信号进行前置放大和处理等，需要电路的工作电源，现有技术中采用在高压侧附加一个带铁心的互感器线圈，利用其感应电流经整流、稳压等变换后为高压侧电路供电，这种方法在高压母线过电流或电流较小时难于处理，不能够稳定供电。由于上述原因，现有技术的有源光纤电流互感器测量精度也不高，仍然存在温度稳定性问题，并且未能解决高压侧电路的工作电源，不能够长期稳定的工作。

(三)发明内容

本实用新型的目的是提供一种测量精度高、温度稳定性好、绝缘结构简单、体积小、成本低廉、能够长期稳定工作的有源光纤电流互感器。

为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的，它包括串联在高压母线上起电流传感作用的分流器；一接收分流器输出的电压采样信号并进行前置放大和处理的信号处理装置；一接收信号处理装置输出的信号并进行电/光转换的电/光转换装置；一通过光纤接收光/电转换装置输出的信号并进行光/电转换的光/电转换及信号处理装置，输出与母线电流成比例变化的电信号；一大功率激光发生装置；一通过光纤接收大功率激光发生装置输出的信号并将其转换成电能且进行稳压的高转换效率光电池，高转换效率光电池为信号处理装置及电/光转换装置提供工作电源。

本实用新型的进一步的改进为，它还包括一屏蔽盒，高转换效率光电池、信号处理装置和电/光转换装置封装在该盒中。它还包括两侧带接线耳的密封金属帽，分流器和封装好的屏蔽盒一起安装在该金属帽中，分流器的两端分别与两侧接线耳内部的一端电连接，两侧接线耳的外部一端分别与高压母线电子表连接。密封金属帽的两侧接线耳，一侧与金属帽导通，另一侧绝缘。它还包括光纤复合绝缘子，它将光纤从高压侧引到低压侧。光纤复合绝缘子可为悬挂式光纤复合绝缘子，也可为立柱式光纤复合绝缘子。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1.使用分流器作为电流传感器件，将分流器直接串接在高压母线上，对母线电流进行采样。由于分流器是线性元件，不受电磁干扰，温度变化引起的阻值变化很小，选用精度较高的分流器进行采样，测量精度高、线性度好、不产生相位延迟，温度稳定性好，出现故障大电流也不存在磁饱和等问题。此外，分流器的成本很低。

2.使用长寿命的大功率激光器和高转换效率光电池实现对高压侧电路的长期稳定的供电。大功率激光器放置于低压侧控制室中，高转换效率光电池放置于高压侧，两者通过光纤连接，大功率激光器发射光线的光能被高转换效率光电池转换为电能为高压侧的信号处理电路供电，独立于高压母线，可以提供稳定的电源、可靠性高。

3.放置在高压侧的光电池、信号处理电路和电/光转换电路转换电路封装在一个单独的屏蔽盒中，独立性好、抗干扰能力强、工作可靠、易于维护和更换。

4.分流器和封装好电路的屏蔽盒放置在两侧带接线耳的密封金属帽中，可以挂在高压母线上，使用悬挂式光纤复合绝缘子；也可以使用立柱式光纤复合绝缘子，将金属帽固定安装。绝缘结构简单、灵活，易于安装、拆卸和维护。

(四)附图说明

图1为本实用新型的电路方框图；

图2为本实用新型的安装结构图。

(五)具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详述：

如图1所示，它包括串联在高压母线2上的分流器1，其为电流传感器件；一接收分流器1输出的电压采样信号并进行前置放大和处理的信号处理装置3；一接收信号处理装置3输出的信号并进行电/光转换的电/光转换装置4；一通过光纤5接收电/光转换装置4输出的信号并进行光/电转换的光/电转换及信号处理装置6，输出与母线成比例变化的电信号；一大功率激光发生装置7；一通过光纤5接收大功率激光发生装置7输出的信号并将其转换成电能且进行稳压的高转换效率光电池8，高转换效率光电池8为信号处理装置3及电/光转换装置4提供工作电源。工作过程，分流器1将采样到的电压引入信号处理装置3中，进行信号的前置放大和处理，放大和处理后的信号引入电/光转换装置4中，将信号以光信号的形式通过光纤5从高压侧传输给低压侧，光/电转换及信号处理装置6进行光/电转换，并对转换后的电信号进行处理，得到与母线电流成比例变化的电信号，实现对高压母线电流的测量。信号处理电路3及电/光转换装置4的工作电源由大功率激光器7和高转换效率光电池8提供，低压侧的大功率激光发生装置7发射的光线经过光纤5传输到高转换效率光电池8，高转换效率光电池8将光能转换成电能，经稳压处理后，为信号处理装置3及电/光转换装置4提供工作电源。

如图2所示。高转换效率光电池8、信号处理装置3和电/光转换装置4被封装在一个单独的屏蔽盒10中；屏蔽盒10与分流器1放置在两侧带接线耳的密封金属帽9中，分流器1的两端分别与两侧接线耳内部的一端电连接，两侧接线耳的外部两端分别与高压母线2电连接。这里密封金属帽9的两侧接线耳，一侧与金属帽导通，另一侧绝缘，使整个金属帽等电势屏蔽外部干扰，并避免母线电流从金属帽流过而不经过分流器，保证分流器的采样。使用光纤复合绝缘子11将密封金属帽9中引出的输入输出光纤5从高压侧引到低压侧，光纤5通过户外的光纤转接盒12与绝缘子11的光纤连接。图2上表示的是悬挂式光纤复合绝缘子，实际中也可以使用立柱式光纤复合绝缘子，此时，密封金属帽9应固定在立柱式光纤复合绝缘子上，光纤的转接在密封金属帽9中进行。光纤复合绝缘子11低压侧的引出光纤通过另一个光纤转接盒12与地下光缆13连接，连接控制室中的大功率激光装置7和光/电转换及信号处理装置6。

Claims (6)

1、一种有源光纤电流互感器，其特征在于：它包括串联在高压母线(2)上的起电流传感作用的分流器(1)；一接收分流器(1)输出的电压采样信号并进行前置放大和处理的信号处理装置(3)；一接收信号处理装置(3)输出的信号并进行电/光转换的电/光转换装置(4)；一通过光纤(5)接收光/电转换装置(4)输出的信号并进行光/电转换的光/电转换及信号处理装置(6)，输出与母线电流成比例变化的电信号；一大功率激光发生装置(7)；一通过光纤(5)接收大功率激光发生装置(7)输出的信号并将其转换成电能且进行稳压的高转换效率光电池(8)，高转换效率光电池(8)为信号处理装置(3)及光/电转换装置(4)提供工作电源。

2.根据权要求1所说的有源光纤电流互感器，其特征在于：它还包括一屏蔽盒(10)，高转换效率光电池(8)、信号处理装置(3)和电/光转换装置(4)封装在该盒中。

3.根据权利要求1或2所说的有源光纤电流互感器，其特征在于：它还包括两侧带接线耳的密封金属帽(9)，分流器(1)和封装好的屏蔽盒(10)一起安装在该金属帽中，分流器(1)的两端分别与两侧接线耳内部的一端电连接，两侧接线耳的外部一端分别与高压母线(2)电连接。

4.根据权利权利3所说的有源光纤电流互感器，其特征在于：密封金属帽(9)的两侧接线耳，一侧与金属帽导通，另一侧绝缘。

5.根据权利权利1所说的有源光纤电流互感器，其特征在于：它还包括光纤复合绝缘子(11)，它将光纤(5)从高压侧引到低压侧。

6.根据权利权利5所说的有源光纤电流互感器，其特征在于：光纤复合绝缘子(11)可为悬挂式光纤复合绝缘子，也可为立柱式光纤复合绝缘子。

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