專利名稱：一種柔性光學(xué)電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種互感器，尤其是涉及一種柔性光學(xué)電流互感器。
背景技術(shù)：
柔性安裝方式是光學(xué)互感器獨有的一種安裝方式，充分利用了傳感光纖柔軟可靈活彎曲的特點，具有安裝靈活、維護簡便、適應(yīng)性強、無需考慮絕緣等優(yōu)點，傳感光纖環(huán)便于安裝在任何導(dǎo)體的周圍，方便在系統(tǒng)中臨時或永久增加測量點，同時可以在變電站運行時隨時進行安裝，無需被測線路停電，尤其適用于變電站改造等工程。
但根據(jù)調(diào)研，目前世界上只有加拿大的Nxtphase公司研制出相關(guān)產(chǎn)品并在工程用得以應(yīng)用，國內(nèi)的類似產(chǎn)品尚未研發(fā)出來，也未見工程應(yīng)用的報道。為適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，打破國外產(chǎn)品的技術(shù)壟斷，保證我國電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，研發(fā)國內(nèi)的柔性光學(xué)電流互感器意義重大。
一直以來限制光學(xué)電流互感的最重要因素是溫度變化、振動、應(yīng)力等環(huán)境因素對傳感光纖的傳感精度和穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大影響，這主要是由于:
1、傳感光纖環(huán)中存在的線性雙折射會對系統(tǒng)探測電流信息產(chǎn)生干擾；
2、λ/4波片的相位延遲的變化，會造成互感器的比例因子的變化，而影響互感器的精度和穩(wěn)定性；
3、光纖纏繞的骨架會對光纖環(huán)產(chǎn)生影響，同時骨架的振動和熱脹冷縮等效應(yīng)也會影響互感器測量。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種安裝方式靈活、抗干擾能力強、無需絕緣、穩(wěn)定性高、較好地滿足了智能化變電站建設(shè)的需求的柔性光學(xué)電流互感器。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導(dǎo)體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。
所述的采集單元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調(diào)制器、光探測器以及解調(diào)電路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調(diào)制器、解調(diào)電路、光探測器依次連接，所述的光探測器與耦合器連接，所述的相位調(diào)制器與傳輸光纖連接。
所述的傳輸光纖為鎧裝光纜。
所述的光纖電流傳感環(huán)輸出端口設(shè)有波片和反射鏡。
所述的波片為I波片。4
所述的光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應(yīng)感應(yīng)一次電流產(chǎn)生的磁場，輸出光信號通過傳輸光纖連接到采集單元。所述的采集單元對接收的光信號進行運算得到一次電流。所述的光纖電流傳感環(huán)以光纜形式纏繞，光纜內(nèi)灌充油質(zhì)物，傳感光纖浸泡在油質(zhì)內(nèi)，所述的傳感光纖采用低雙折射光纖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明采用反射式Sagnac干涉儀結(jié)構(gòu)的柔性光學(xué)電流互感器，通過一個反射鏡實現(xiàn)互易結(jié)構(gòu)，可以使兩束正交偏振光反射后經(jīng)過原路徑返回，是全對稱光路，可以降低溫度、振動、應(yīng)力等對光路的影響，使得光路穩(wěn)定性提高，受環(huán)境變化的影響更小，保證了光學(xué)電流互感器具有良好的穩(wěn)定性和溫度特性。2、本發(fā)明選擇低雙折射光纖作為傳感光纖，低雙折射光纖本身一致性好、線性雙折射小，受溫度影響較小。3、本發(fā)明中傳感光纖環(huán)以光纜形式纏繞，光纜內(nèi)灌充油質(zhì)物，傳感光纖浸泡在油質(zhì)內(nèi)，可均勻分散光纜受 到的應(yīng)力、振動、油質(zhì)熱脹冷縮等影響，也可有效杜絕其它安裝方式中因纏繞骨架造成的應(yīng)力、振動等影響，提高互感器穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示，一種柔性光學(xué)電流互感器，包括光纖電流傳感環(huán)1、傳輸光纖4以及采集單元5，所述的光纖電流傳感環(huán)I纏繞在被測一次導(dǎo)體6外圍，所述的傳輸光纖4 一端連接光纖電流傳感環(huán)1，另一端連接采集單元5。所述的米集單兀5包括光源51、稱合器52、起偏器53、偏振分光棱鏡54、相位調(diào)制器55、光探測器57以及解調(diào)電路56，所述的光源51、耦合器52、起偏器53、偏振分光棱鏡54、相位調(diào)制器55、解調(diào)電路56、光探測器57依次連接，所述的光探測器57與耦合器52連接，所述的相位調(diào)制器55與傳輸光纖4連接。所述的傳輸光纖4為銷裝光纜。所述的光纖電流傳感環(huán)I輸出端口設(shè)有波片3和
反射鏡2。所述的波片3為4波片。
4工作原理是光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應(yīng)感應(yīng)一次電流產(chǎn)生的磁場；輸出信號通過傳輸光纖連接到采集單元，傳輸光纖將采集單元發(fā)出的光信號輸送到光纖電流傳感環(huán)端，同時將電流傳感環(huán)返回的信號送至采集單元進行處理；采集單元將光源產(chǎn)生的光信號發(fā)送至傳感器端，同時接收傳感器返回的攜帶一次電流信息的光信號，并對返回的光信號進行處理，計算出一次電流值，并將此一次電流發(fā)送至合并單元中進行各相同步，之后輸出至保護、測量、計量等裝置，也可直接與微機化測量及保護裝置接口。采集單元采用反射式光纖Sagnac干涉技術(shù)實現(xiàn)對光信號的測量，反射式光纖Sagnac干涉技術(shù)降低了傳感器受環(huán)境溫度、振動等因素干擾的影響，提高了傳感器精度。光源51輸出光經(jīng)一退偏器退偏后,被稱合器將其50%的光能量稱合進起偏器,另外50%的光在f禹合器另一輸出端(非反射端)離開系統(tǒng)。起偏器輸出的線偏光經(jīng)45°焊接點后，分成兩束線偏光，這兩束線偏光分別沿相位調(diào)制器的保偏尾纖的X和Y主軸振動。起偏器的輸出保偏尾纖和相位調(diào)制器的保偏尾纖的長度要能滿足一定條件以實現(xiàn)退偏功能。由信號發(fā)生器產(chǎn)生的調(diào)制信號加到相位調(diào)制器后可以調(diào)制傳輸光的相位。從相位調(diào)制器出來的光進入保偏光纖延遲線。保偏光纖延遲線的兩主軸和相位調(diào)制器的主軸一致，它有兩個作用:1、把與傳感光纖隔得很遠的光源、相位調(diào)制器輸出的光傳到傳感光纖，將傳感光纖和光源、探測器以及信號處理電子電路隔開。2、足夠長度的高雙折射光纖提供足夠時延，光在保偏光纖延遲線和傳感光纖中往返一次的這段時間內(nèi)，加到相位調(diào)制器的調(diào)制波形剛好變化半個周期。保偏光纖延遲線出來的兩束偏振光分別沿其兩主軸振動，這兩束光經(jīng)過一個45°
焊接點后，進入4波片，I波片和保偏光纖延遲線的主軸成45°，然后進入傳感光纖。4波 4 44
片的作用是把保偏光纖延遲線兩主軸出來的兩束正交線偏光轉(zhuǎn)換為圓偏光。4波片是一小
4
截長拍長的保偏光纖，其長度是1/4拍長的奇數(shù)倍。從.^波片出來的是兩旋向相反的圓偏光。振動方向沿保偏光纖延遲線X軸的光被
4波片轉(zhuǎn)換成右旋圓偏光，振動方向沿保偏光纖延遲線Y軸的光被！波片轉(zhuǎn)換成左旋圓偏.44
光。由于傳感光纖周圍存在電磁場，這兩束圓偏光以不同速度在傳感光纖中傳輸，累積的相
位差和施加到傳感光纖的磁場成正比。傳感光纖的末端連有一反射鏡。低雙折射傳感光纖
中傳輸?shù)膬墒鴪A偏光在遇到反射鏡后發(fā)生全反射，二者旋向改變。在反射后返回途中，原來
的右旋圓偏光變成左旋圓偏光，原來的左旋圓偏光變成右旋圓偏光。由于返回時兩圓偏光
的旋向和傳輸方向均改變，二者的累積相對相移加倍。這樣，總相移△ Φ =4VNI，其中V是
傳感光纖的Verdet常數(shù)，N是纏繞在電流導(dǎo)線周圍的傳感光纖的圈數(shù)，I是導(dǎo)線中的電流大小。兩束圓偏光在傳感光纖中傳輸一個來回并經(jīng)4波片后，原來沿HiBi光纖延遲線X
4
軸振動的線偏光在返回時變?yōu)檠豀iBi光纖延遲線Y軸振動的線偏光，原來沿HiBi光纖延遲線Y軸振動的線偏光在返回時變?yōu)檠豀iBi光纖延遲線X軸振動的線偏光，這兩束線偏光再次通過相位調(diào)制器，經(jīng)過45 °焊接點后，在起偏器處干涉。干涉后的光被耦合器分出一部分到達H)探測器。在光路中，兩束光以相反的順序經(jīng)歷了相同的偏振變化。傳感光纖位于兩束光光程的中間，兩束光的唯一的相位差是由傳感區(qū)存在的磁場引起的。ro探測器探測到的是兩束光干涉后的光強，其中包含有二者的位相差信息，也就包含有磁場和電流的信息。在上述光學(xué)器件中光纖傳感環(huán)和I波片是光纖電流傳感器的主要部分，傳輸光纖
4從絕緣子中穿過，其它光 學(xué)器件則基本集中在采集單元中。
權(quán)利要求
1.一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導(dǎo)體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的采集單元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調(diào)制器、光探測器以及解調(diào)電路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調(diào)制器、解調(diào)電路、光探測器依次連接，所述的光探測器與耦合器連接，所述的相位調(diào)制器與傳輸光纖連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的傳輸光纖為鎧裝光纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)輸出端口設(shè)有波片和反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的波片為波片。4
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應(yīng)感應(yīng)一次電流產(chǎn)生的磁場，輸出光信號通過傳輸光纖連接到采集單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的采集單元對接收的光信號進行運算得到一次電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)以光纜形式纏繞,光纜內(nèi)灌充油質(zhì)物,傳感光纖浸泡在油質(zhì)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種柔性光學(xué)電流互感器，其特征在于，所述的傳感光纖采用低雙折射光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性光學(xué)電流互感器，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導(dǎo)體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明安裝方式靈活、抗干擾能力強、無需絕緣、穩(wěn)定性高，較好地滿足了智能化變電站建設(shè)的需求。
文檔編號G01R15/24GK103235167SQ20131010553
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者房嶺鋒, 馬駿, 胡松軍, 陳文升, 呂偉強, 王又佳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司