一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于：它包括光源、光纖耦合器、多模光纖、設(shè)置在保護(hù)區(qū)間兩端的第一和第二光學(xué)電流傳感器、保偏光纖和電子處理單元；光源發(fā)出的光信號(hào)P0通過(guò)多模光纖傳輸至光纖耦合器中被分成功率相等的兩束光P0a和P0b，P0a和P0b通過(guò)多模光纖均傳輸至第一光學(xué)電流傳感器；第一和第二光學(xué)電流傳感器均對(duì)保護(hù)區(qū)間的電流進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)到的電流，第一光學(xué)電流傳感器對(duì)P0a和P0b均進(jìn)行第一次偏振和旋轉(zhuǎn)后的第一和第二偏振光均傳輸至第二光學(xué)電流傳感器中進(jìn)行第二次旋轉(zhuǎn)和檢光，得到的第一和第二光信號(hào)Pax和Pbx均傳輸至電子處理單元中進(jìn)行處理，電子處理單元將處理結(jié)果與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)區(qū)間故障的判定。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)中。
【專利說(shuō)明】一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，特別是關(guān)于一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全防御體系的重要組成部分。具有自愈特征的智能電網(wǎng)要求保護(hù)裝置能夠可靠快速地切除故障，以確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，從而避免大停電事故的發(fā)生?？煽康谋Ｗo(hù)必須基于準(zhǔn)確的測(cè)量，然而由于存在電磁飽和、頻帶受限等原理性問題，采用常規(guī)電磁式互感器的保護(hù)裝置許多性能難以進(jìn)一步提升，保護(hù)裝置的可靠性、速動(dòng)性提升受到了阻礙。
[0003]當(dāng)前，電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置，都是將常規(guī)電磁式電流互感器檢測(cè)到的電流信息以電信號(hào)的方式傳遞給繼電保護(hù)裝置，在繼電保護(hù)裝置中進(jìn)行故障判據(jù)的運(yùn)算和結(jié)果判定。以繼電保護(hù)裝置的低成本化、輕量化為目的，現(xiàn)有技術(shù)將依據(jù)具有差動(dòng)運(yùn)算功能的光電流傳感器的繼電保護(hù)裝置取代依據(jù)繞組型電流變換器的繼電保護(hù)裝置。目前帶有制動(dòng)性能的該類型差動(dòng)繼電保護(hù)裝置，即使在檢出重疊有直流分量的故障電流的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)基于內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)的檢測(cè)，在發(fā)生外部故障時(shí)也不誤判為內(nèi)部故障，不使繼電器引起誤動(dòng)作。但是，該差動(dòng)繼電保護(hù)裝置的光加減運(yùn)算是近似運(yùn)算，得到的和電流與差電流信號(hào)中均包含電源頻率兩倍頻分量的誤差分量，而且在故障信號(hào)中有較大的非周期直流分量時(shí)差動(dòng)運(yùn)算結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，需要通過(guò)設(shè)置合理的動(dòng)作比率調(diào)整值才能避免外部故障時(shí)的不必要?jiǎng)幼鳌?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種真正無(wú)誤差的實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的光子差動(dòng)保護(hù)裝置，該裝置是利用光學(xué)元器件在光路層面直接進(jìn)行法拉第旋光角的光子加減運(yùn)算，真正實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的和電流與差電流的光子運(yùn)算，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的誤差分量，更有利于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:它包括光源、光纖稱合器、多模光纖、第一光學(xué)電流傳感器、第二光學(xué)電流傳感器、保偏光纖和電子處理單元；所述第一光學(xué)電流傳感器與第二光學(xué)電流傳感器分別設(shè)置在保護(hù)區(qū)間的兩端；所述多模光纖包括第一至第五多模光纖；所述第一光學(xué)電流傳感器包括第一多模光纖準(zhǔn)直器、第二多模光纖準(zhǔn)直器、第一保偏光纖準(zhǔn)直器和第二保偏光纖準(zhǔn)直器；所述第二光學(xué)電流傳感器包括第三多模光纖準(zhǔn)直器、第四多模光纖準(zhǔn)直器、第三保偏光纖準(zhǔn)直器和第四保偏光纖準(zhǔn)直器；所述保偏光纖包括第一和第二保偏光纖；所述光源發(fā)出的光信號(hào)Po通過(guò)所述第一多模光纖傳輸至所述光纖耦合器，所述光纖耦合器將接收到的光信號(hào)Ptl平均分成功率相等的兩束光Pcia和P(|b，第一束光Pcia通過(guò)所述第二多模光纖傳輸至所述第一多模光纖準(zhǔn)直器，第二束光Ptlb通過(guò)所述第三多模光纖傳輸至所述第二多模光纖準(zhǔn)直器；所述第一光學(xué)電流傳感器對(duì)所述保護(hù)區(qū)間的電流進(jìn)行檢測(cè)，所述第一光學(xué)電流傳感器根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的兩束光Ptla和Ptlb均進(jìn)行第一次偏振和旋轉(zhuǎn)，得到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光依次通過(guò)所述第一保偏光纖準(zhǔn)直器和第一保偏光纖傳輸至所述第三保偏光纖準(zhǔn)直器，得到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光依次通過(guò)所述第二保偏光纖準(zhǔn)直器和第二保偏光纖傳輸至所述第四保偏光纖準(zhǔn)直器；所述第二光學(xué)電流傳感器對(duì)所述保護(hù)區(qū)間的電流進(jìn)行檢測(cè)，所述第二光學(xué)電流傳感器根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光和第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光均進(jìn)行第二次旋轉(zhuǎn)和檢光，得到的第一光信號(hào)Pax依次通過(guò)所述第三多模光纖準(zhǔn)直器和第四多模光纖、得到的第二光信號(hào)Pbx依次通過(guò)所述第四多模光纖準(zhǔn)直器和第五多模光纖均傳輸至所述電子處理單元中進(jìn)行處理，所述電子處理單元將處理結(jié)果與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述保護(hù)區(qū)間故障的判定。
[0006]除包括所述第一和第二多模光纖準(zhǔn)直器、所述第一和第二保偏光纖準(zhǔn)直器之外，所述第一光學(xué)電流傳感器還包括第一起偏器、第二起偏器和第一法拉第磁光元件；所述第一多模光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一束光P(|a傳輸至所述第一起偏器，在所述第一起偏器中轉(zhuǎn)換成第一偏振光并傳輸至所述第一法拉第磁光元件；所述第一法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間一端側(cè)流過(guò)的第一電流i工，在所述第一法拉第磁光兀件中第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流I1大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至所述第一保偏光纖準(zhǔn)直器；所述第二多模光纖準(zhǔn)直器將接收到的第二束光Ptlb傳輸至所述第二起偏器，在所述第二起偏器中轉(zhuǎn)換成第二偏振光并傳輸至所述第一法拉第磁光元件；所述第一法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間一端側(cè)流過(guò)的第一電流^，在所述第一法拉第磁光元件中第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流I1大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至所述第二保偏光纖準(zhǔn)直器。
[0007]除包括所述第三和第四多模光纖準(zhǔn)直器、所述第三和第四保偏光纖準(zhǔn)直器之外，所述第二光學(xué)電流傳感器還包括第二法拉第磁光元件、第一檢偏器、第二檢偏器；所述第三保偏光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至所述第二法拉第磁光元件；所述第二法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在所述第二法拉第磁光兀件中第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光通過(guò)所述第一檢偏器進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第一光信·號(hào)Pax并傳輸至所述第三多模光纖準(zhǔn)直器；所述第四保偏光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至所述第二法拉第磁光元件；所述第二法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在所述第二法拉第磁光元件中第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流i2大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光通過(guò)所述第二檢偏器進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第二光信號(hào)Pbx并傳輸至所述第四多模光纖準(zhǔn)直器。
[0008]所述電子處理單元包括差電流運(yùn)算部件、和電流運(yùn)算部件、差電流檢測(cè)部件、和電流檢測(cè)部件、動(dòng)作量運(yùn)算部件、抑制量運(yùn)算部件、動(dòng)作比率運(yùn)算部件以及判定部件；所述差電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第一光信號(hào)Pax進(jìn)行差電流運(yùn)算，運(yùn)算得到的第一電流I1和第二電流i2的差電流輸出信號(hào)Sax傳輸至所述差電流檢測(cè)部件中進(jìn)行差電流檢測(cè)，所述差電流檢測(cè)部件將檢測(cè)到的差電流傳輸至所述動(dòng)作量運(yùn)算部件和抑制量運(yùn)算部件；所述和電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第二光信號(hào)Pbx進(jìn)行和電流運(yùn)算，運(yùn)算得到的第一電流ii和第二電流i2的和電流輸出信號(hào)Sbx傳輸至所述和電流檢測(cè)部件中進(jìn)行和電流檢測(cè)，所述和電流檢測(cè)部件將檢測(cè)到的和電流傳輸至所述抑制量運(yùn)算部件；根據(jù)接收到的差電流，所述動(dòng)作量運(yùn)算部件將對(duì)差電流輸出信號(hào)Sax的動(dòng)作量m進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果傳輸至所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件和判定部件；所述抑制量運(yùn)算部件根據(jù)接收到的差電流與和電流，對(duì)和電流輸出信號(hào)Sbx的抑制量η進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳輸至所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件；所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件將根據(jù)接收到的動(dòng)作量m和抑制量n對(duì)差電流輸出信號(hào)Sax與和電流輸出信號(hào)Sbx的動(dòng)作比率k進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果傳輸至所述判定部件；所述判定部件將接收到的動(dòng)作量m和動(dòng)作比率k分別與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值kl和動(dòng)作比率調(diào)整值k2進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判定所述保護(hù)區(qū)間的故障，所述判定部件根據(jù)判定結(jié)果向出口跳閘回路發(fā)出執(zhí)行信號(hào)。
[0009]所述差電流運(yùn)算部件與和電流運(yùn)算部件的結(jié)構(gòu)相同，所述差電流運(yùn)算部件包括光電轉(zhuǎn)換器、高通濾波器、低通濾波器和除法器；所述光電轉(zhuǎn)換器將接收到的第一光信號(hào)Pax轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸至所述高通濾波器和低通濾波器，所述高通濾波器對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理后得到第一光信號(hào)Pax的交流分量，所述低通濾波器對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理后得到第一光信號(hào)Pax的直流分量；第一光信號(hào)Pax的交流分量和直流分量均傳輸至所述除法器，用第一光信號(hào)Pax的交流分量除以第一光信號(hào)Pax的直流分量，得到第一電流ii與第二電流i2的差電流輸出信號(hào)Sax為: [0010]Sax = (Pax 的交流分量)/ (Pax 的直流分量)=a0 (i1+i2)，
[0011]差電流輸出信號(hào)Sax傳輸至所述差電流檢測(cè)部件；所述和電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第二光信號(hào)Pbx進(jìn)行和電流運(yùn)算后，第一電流I1與第二電流i2的和電流輸出信號(hào)Sbx為:
[0012]Sbx = (Pbx 的交流分量)/ (Pbx 的直流分量)=a0 (I1-12)，
[0013]和電流輸出信號(hào)Sbx傳輸至所述和電流檢測(cè)部件；式中，a ^ = 2V。
[0014]所述動(dòng)作量運(yùn)算部件計(jì)算得到的差電流輸出信號(hào)Sax的動(dòng)作量m為:
[0015]m = I !^i21 = I Sax|/α 0，
[0016]式中，|i1+i2|表示差電流(ii+i2)的有效值；所述抑制量運(yùn)算部件計(jì)算得到的和電流輸出信號(hào)Sbx的抑制量η為:
[0017]η = I i! I +1 i21 = (I Sax+Sbx I +1 Sax-Sbx I) / (2 a 0)，
[0018]式中，Ii1I和Ii2I分別表示第一電流ii的有效值和第二電流i2的有效值；所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件計(jì)算得到的差電流輸出信號(hào)Sax與和電流輸出信號(hào)Sbx的動(dòng)作比率k為:
[0019]k = m/n = (2.| Sax | ) / (| Sax+Sbx | +1 Sax-Sbx |)。
[0020]在所述判定部件中，將動(dòng)作量m和動(dòng)作比率k分別與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值kl和動(dòng)作比率調(diào)整值k2進(jìn)行比較，如果m > kl且1^ > k2，則判定故障為所述保護(hù)區(qū)間內(nèi)部故障；否則，判定故障為所述保護(hù)區(qū)間外部故障。
[0021]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于利用光纖耦合器將光源發(fā)出的光信號(hào)Ptl平均分成功率相等的兩束光Ptla和Ptlb,兩束光Ptla和Ptlb分別通過(guò)第一光學(xué)電流傳感器和第二光學(xué)電流傳感器轉(zhuǎn)換成第一光信號(hào)Pax和第二光信號(hào)Pbx，第一光信號(hào)Pax和第二光信號(hào)Pbx傳輸至電子處理單元中進(jìn)行檢測(cè)、運(yùn)算和判定處理，在電子處理單元中計(jì)算得到動(dòng)作量與第一光信號(hào)Pax之間的關(guān)系以及動(dòng)作比率與第一光信號(hào)Pax和第二光信號(hào)Pbx之間的關(guān)系，從而根據(jù)動(dòng)作量和動(dòng)作比率分別與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值和動(dòng)作比率調(diào)整值的比較結(jié)果，判定保護(hù)區(qū)間的故障，因此本發(fā)明能夠解決常規(guī)電磁式互感器存在磁飽和與頻帶受限等原理性問題，提高電網(wǎng)的暫態(tài)電流測(cè)量能力，充分發(fā)揮光學(xué)傳感器暫態(tài)測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確快速切除故障，從而有效提高供電可靠性和供電質(zhì)量。2、本發(fā)明由于第一和第二光學(xué)電流傳感器均基于法拉第磁光效應(yīng)，分別對(duì)保護(hù)區(qū)間兩端側(cè)流過(guò)的第一電流I1和第二電流i2進(jìn)行檢測(cè)；基于第一電流I1和第二電流i2，電子處理單元將動(dòng)作量和動(dòng)作比率與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值和動(dòng)作比率調(diào)整值進(jìn)行比較；因此本發(fā)明能夠真正無(wú)誤差的實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的和電流與差電流光子運(yùn)算，從而有利于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的光子差動(dòng)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明中電子處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖；其中，fl、f2和f3為保護(hù)區(qū)間的三個(gè)故障位置?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的光子差動(dòng)保護(hù)裝置包括光源1、光纖耦合器2、多模光纖3、第一光學(xué)電流傳感器4、第二光學(xué)電流傳感器5、保偏光纖6和電子處理單兀7,第一光學(xué)電流傳感器4與第二光學(xué)電流傳感器5分別設(shè)置在保護(hù)區(qū)間8的兩端。其中，多模光纖3包括第一多模光纖3a、第二多模光纖3b、第三多模光纖3c、第四多模光纖3d和第五多模光纖3e。第一光學(xué)電流傳感器4包括第一多模光纖準(zhǔn)直器9a、第二多模光纖準(zhǔn)直器9b、第一保偏光纖準(zhǔn)直器Ila和第二保偏光纖準(zhǔn)直器lib。第二光學(xué)電流傳感器5包括第三多模光纖準(zhǔn)直器9c、第四多模光纖準(zhǔn)直器9d、第三保偏光纖準(zhǔn)直器Ilc和第四保偏光纖準(zhǔn)直器lid。保偏光纖6包括第一保偏光纖6a和第二保偏光纖6b。
[0027]光源I發(fā)出的光信號(hào)Ptl通過(guò)第一多模光纖3a傳輸至光纖稱合器2,光纖稱合器2將接收到的光信號(hào)Ptl平均分成功率相等的兩束光Ptla和Ptlb,第一束光Ptla通過(guò)第二多模光纖3b傳輸至第一多模光纖準(zhǔn)直器9a,第二束光Ptlb通過(guò)第三多模光纖3c傳輸至第二多模光纖準(zhǔn)直器％ ;第一光學(xué)電流傳感器4對(duì)保護(hù)區(qū)間8的電流進(jìn)行檢測(cè)，第一光學(xué)電流傳感器4根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的兩束光Ptla和Ptlb均進(jìn)行第一次偏振和旋轉(zhuǎn)，得到第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光和第二偏振光；第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光依次通過(guò)第一保偏光纖準(zhǔn)直器Ila和第一保偏光纖6a傳輸至第二光學(xué)電流傳感器5的第三保偏光纖準(zhǔn)直器lie,第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光依次通過(guò)第二保偏光纖準(zhǔn)直器Ilb和第二保偏光纖6b傳輸至第二光學(xué)電流傳感器5的第四保偏光纖準(zhǔn)直器Ild ;第二光學(xué)電流傳感器5對(duì)保護(hù)區(qū)間8的電流進(jìn)行檢測(cè)，第二光學(xué)電流傳感器5根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光和第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光均進(jìn)行第二次旋轉(zhuǎn)和檢光，得到第一光信號(hào)Pax和第二光信號(hào)Pbx ;第一光信號(hào)Pax依次通過(guò)第三多模光纖準(zhǔn)直器9c和第四多模光纖3d、第二光信號(hào)Pbx依次通過(guò)第四多模光纖準(zhǔn)直器9d和第五多模光纖3e均傳輸至電子處理單兀7中，電子處理單元7對(duì)接收到的第一光信號(hào)Pax和第二光信號(hào)Pbx進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果與電子處理單元7中的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)區(qū)間8故障的判定。
[0028]上述實(shí)施例中，除包括第一多模光纖準(zhǔn)直器9a、第二多模光纖準(zhǔn)直器9b、第一保偏光纖準(zhǔn)直器Ila和第二保偏光纖準(zhǔn)直器Ilb之外,第一光學(xué)電流傳感器4還包括第一起偏器10a、第二起偏器IOb和第一法拉第磁光兀件12a。
[0029]第一多模光纖準(zhǔn)直器9a將接收到的第一束光Ptla傳輸至第一起偏器IOa,在第一起偏器IOa中轉(zhuǎn)換成第一偏振光并傳輸至第一法拉第磁光兀件12a ;基于法拉第磁光效應(yīng),第一法拉第磁光元件12a感應(yīng)保護(hù)區(qū)間8 一端側(cè)流過(guò)的第一電流I1，在第一法拉第磁光元件12a中第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流h大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為Θ !O經(jīng)第一法拉第磁光兀件12a第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至第一保偏光纖準(zhǔn)直器11a。
[0030]第二多模光纖準(zhǔn)直器9b將接收到的第二束光Ptlb傳輸至第二起偏器10b，在第二起偏器IOb中轉(zhuǎn)換成第二偏振光并傳輸至第一法拉第磁光兀件12a ;基于法拉第磁光效應(yīng),第一法拉第磁光元件12a感應(yīng)保護(hù)區(qū)間8 一端側(cè)流過(guò)的第一電流I1，在第一法拉第磁光元件12a中第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流h大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為Θ !O經(jīng)第一法拉第磁光兀件12a第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至第二保偏光纖準(zhǔn)直器lib。
[0031]上述實(shí)施例中，設(shè)定第一電流I1從保護(hù)區(qū)間8的內(nèi)側(cè)流向其外側(cè)的方向?yàn)檎ＴO(shè)定第一束光Ptla和第二束光Ptlb在第一光學(xué)電流傳感器4內(nèi)的傳播方向均與第一電流ii產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致。
[0032]第一電流h與第一偏振光的偏振面第一次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角Θ I的關(guān)系為:
[0033]Θ j = V.K.I1(I)
[0034]式(I)中，V為第一法拉第磁光元件12a材料的菲爾德常數(shù)；K為第一法拉第磁光兀件12a的磁場(chǎng)積分與第一電流h的倍數(shù)關(guān)系，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)電流傳感器4的結(jié)構(gòu)確定時(shí),K為一常數(shù)，當(dāng)?shù)谝环ɡ诖殴庠?2a圍繞第`一電流I1 一整圈時(shí)，K = 1，則式(I)轉(zhuǎn)化為:
[0035]Θ j = V.I1(2)
[0036]上述實(shí)施例中，除包括第三多模光纖準(zhǔn)直器9c、第四多模光纖準(zhǔn)直器9d、第三保偏光纖準(zhǔn)直器Ilc和第四保偏光纖準(zhǔn)直器Ild之外,第二光學(xué)電流傳感器5還包括第二法拉第磁光兀件12b、第一檢偏器13a、第二檢偏器13b。
[0037]第三保偏光纖準(zhǔn)直器Ilc將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至第二法拉第磁光元件12b ;基于法拉第磁光效應(yīng)，第二法拉第磁光元件12b感應(yīng)保護(hù)區(qū)間8另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在第二法拉第磁光兀件12b中第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流12大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為Θ 2。經(jīng)兩次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角度為(θ A Θ 2)，經(jīng)第二法拉第磁光兀件12b第二次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光通過(guò)第一檢偏器13a進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第一光信號(hào)Pax并傳輸至第三多模光纖準(zhǔn)直器9c。
[0038]第四保偏光纖準(zhǔn)直器Ild將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至第二法拉第磁光元件12b ;基于法拉第磁光效應(yīng)，第二法拉第磁光元件12b感應(yīng)保護(hù)區(qū)間8另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在第二法拉第磁光元件12b中第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流12大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為Θ 2。經(jīng)兩次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角度為(Q1-Q 2)，經(jīng)第二法拉第磁光元件12b第二次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光通過(guò)第二檢偏器13b進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第二光信號(hào)Pbx并傳輸至第四多模光纖準(zhǔn)直器9d。
[0039]上述實(shí)施例中，設(shè)定第二電流“從保護(hù)區(qū)間8的內(nèi)側(cè)流向其外側(cè)的方向?yàn)檎?。設(shè)定第一束光Ptla在第二光學(xué)電流傳感器5內(nèi)的傳播方向與第二電流i2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，設(shè)定第二束光Ptlb在第二光學(xué)電流傳感器5內(nèi)的傳播方向與第二電流i2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反。
[0040]第二法拉第磁光元件12b的材料和結(jié)構(gòu)與第一法拉第磁光元件12a的材料和結(jié)構(gòu)完全相同。當(dāng)?shù)诙ɡ诖殴庠?2b圍繞第二電流i2—整圈時(shí)，第二電流“與第一偏振光的偏振面第二次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角Θ 2的關(guān)系為:
[0041]Θ 2 = V.i2(3)
[0042]上述實(shí)施例中，第一光信號(hào)Pax與第一電流h和第二電流i2的關(guān)系式為:
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:它包括光源、光纖耦合器、多模光纖、第一光學(xué)電流傳感器、第二光學(xué)電流傳感器、保偏光纖和電子處理單元；所述第一光學(xué)電流傳感器與第二光學(xué)電流傳感器分別設(shè)置在保護(hù)區(qū)間的兩端；所述多模光纖包括第一至第五多模光纖；所述第一光學(xué)電流傳感器包括第一多模光纖準(zhǔn)直器、第二多模光纖準(zhǔn)直器、第一保偏光纖準(zhǔn)直器和第二保偏光纖準(zhǔn)直器；所述第二光學(xué)電流傳感器包括第三多模光纖準(zhǔn)直器、第四多模光纖準(zhǔn)直器、第三保偏光纖準(zhǔn)直器和第四保偏光纖準(zhǔn)直器；所述保偏光纖包括第一和第二保偏光纖； 所述光源發(fā)出的光信號(hào)Po通過(guò)所述第一多模光纖傳輸至所述光纖耦合器，所述光纖耦合器將接收到的光信號(hào)Po平均分成功率相等的兩束光Ptla和Ptlb,第一束光Ptla通過(guò)所述第二多模光纖傳輸至所述第一多模光纖準(zhǔn)直器，第二束光Ptlb通過(guò)所述第三多模光纖傳輸至所述第二多模光纖準(zhǔn)直器；所述第一光學(xué)電流傳感器對(duì)所述保護(hù)區(qū)間的電流進(jìn)行檢測(cè)，所述第一光學(xué)電流傳感器根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的兩束光Ptla和Ptlb均進(jìn)行第一次偏振和旋轉(zhuǎn)，得到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光依次通過(guò)所述第一保偏光纖準(zhǔn)直器和第一保偏光纖傳輸至所述第三保偏光纖準(zhǔn)直器，得到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光依次通過(guò)所述第二保偏光纖準(zhǔn)直器和第二保偏光纖傳輸至所述第四保偏光纖準(zhǔn)直器；所述第二光學(xué)電流傳感器對(duì)所述保護(hù)區(qū)間的電流進(jìn)行檢測(cè)，所述第二光學(xué)電流傳感器根據(jù)檢測(cè)到的電流對(duì)接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光和第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光均進(jìn)行第二次旋轉(zhuǎn)和檢光，得到的第一光信號(hào)Pax依次通過(guò)所述第三多模光纖準(zhǔn)直器和第四多模光纖、得到的第二光信號(hào)Pbx依次通過(guò)所述第四多模光纖準(zhǔn)直器和第五多模光纖均傳輸至所述電子處理單元中進(jìn)行處理，所述電子處理單元將處理結(jié)果與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述保護(hù)區(qū)間故障的判定。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:除包括所述第一和第二多模光纖準(zhǔn)直器、所述第一和第二保偏光纖準(zhǔn)直器之外，所述第一光學(xué)電流傳感器還包括第一起偏器、第二起偏器和第一法拉第磁光兀件； 所述第一多模光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一束光Ptla傳輸至所述第一起偏器，在所述第一起偏器中轉(zhuǎn)換成第一偏振光并傳輸至所述第一法拉第磁光元件；所述第一法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間一端側(cè)流過(guò)的第一電流“，在所述第一法拉第磁光元件中第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至所述第一保偏光纖準(zhǔn)直器； 所述第二多模光纖準(zhǔn)直器將接收到的第二束光Ptlb傳輸至所述第二起偏器，在所述第二起偏器中轉(zhuǎn)換成第二偏振光并傳輸至所述第一法拉第磁光元件；所述第一法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間一端側(cè)流過(guò)的第一電流“，在所述第一法拉第磁光元件中第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第一電流大小成比例的第一次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至所述第二保偏光纖準(zhǔn)直器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:除包括所述第三和第四多模光纖準(zhǔn)直器、所述第三和第四保偏光纖準(zhǔn)直器之外，所述第二光學(xué)電流傳感器還包括第二法拉第磁光兀件、第一檢偏器、第二檢偏器； 所述第三保偏光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光傳輸至所述第二法拉第磁光元件；所述第二法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在所述第二法拉第磁光元件中第一次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流i2大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)后的第一偏振光通過(guò)所述第一檢偏器進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第一光信號(hào)Pax并傳輸至所述第三多模光纖準(zhǔn)直器； 所述第四保偏光纖準(zhǔn)直器將接收到的第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光傳輸至所述第二法拉第磁光元件；所述第二法拉第磁光元件感應(yīng)所述保護(hù)區(qū)間另一端側(cè)流過(guò)的第二電流i2，在所述第二法拉第磁光元件中第一次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光的偏振面產(chǎn)生與第二電流i2大小成比例的第二次旋轉(zhuǎn)；經(jīng)第二次旋轉(zhuǎn)后的第二偏振光通過(guò)所述第二檢偏器進(jìn)行檢光，得到感應(yīng)第一電流I1和第二電流i2后的第二光信號(hào)Pbx并傳輸至所述第四多模光纖準(zhǔn)直器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:所述電子處理單元包括差電流運(yùn)算部件、和電流運(yùn)算部件、差電流檢測(cè)部件、和電流檢測(cè)部件、動(dòng)作量運(yùn)算部件、抑制 量運(yùn)算部件、動(dòng)作比率運(yùn)算部件以及判定部件； 所述差電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第一光信號(hào)Pax進(jìn)行差電流運(yùn)算，運(yùn)算得到的第一電流I1和第二電流i2的差電流輸出信號(hào)Sax傳輸至所述差電流檢測(cè)部件中進(jìn)行差電流檢測(cè)，所述差電流檢測(cè)部件將檢測(cè)到的差電流傳輸至所述動(dòng)作量運(yùn)算部件和抑制量運(yùn)算部件；所述和電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第二光信號(hào)Pbx進(jìn)行和電流運(yùn)算，運(yùn)算得到的第一電流I1和第二電流i2的和電流輸出信號(hào)Sbx傳輸至所述和電流檢測(cè)部件中進(jìn)行和電流檢測(cè)，所述和電流檢測(cè)部件將檢測(cè)到的和電流傳輸至所述抑制量運(yùn)算部件；根據(jù)接收到的差電流，所述動(dòng)作量運(yùn)算部件將對(duì)差電流輸出信號(hào)Sax的動(dòng)作量m進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果傳輸至所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件和判定部件；所述抑制量運(yùn)算部件根據(jù)接收到的差電流與和電流，對(duì)和電流輸出信號(hào)Sbx的抑制量η進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳輸至所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件；所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件將根據(jù)接收到的動(dòng)作量m和抑制量n對(duì)差電流輸出信號(hào)Sax與和電流輸出信號(hào)Sbx的動(dòng)作比率k進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果傳輸至所述判定部件；所述判定部件將接收到的動(dòng)作量m和動(dòng)作比率k分別與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值kl和動(dòng)作比率調(diào)整值k2進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判定所述保護(hù)區(qū)間的故障，所述判定部件根據(jù)判定結(jié)果向出口跳閘回路發(fā)出執(zhí)行信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:所述差電流運(yùn)算部件與和電流運(yùn)算部件的結(jié)構(gòu)相同，所述差電流運(yùn)算部件包括光電轉(zhuǎn)換器、高通濾波器、低通濾波器和除法器； 所述光電轉(zhuǎn)換器將接收到的第一光信號(hào)Pax轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸至所述高通濾波器和低通濾波器，所述高通濾波器對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理后得到第一光信號(hào)Pax的交流分量，所述低通濾波器對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理后得到第一光信號(hào)Pax的直流分量；第一光信號(hào)Pax的交流分量和直流分量均傳輸至所述除法器，用第一光信號(hào)Pax的交流分量除以第一光信號(hào)Pax的直流分量，得到第一電流I1與第二電流i2的差電流輸出信號(hào)Sax 為: Sax = (Pax的交流分量)/(Pax的直流分量)=a 0(i1+i2)， 差電流輸出信號(hào)Sax傳輸至所述差電流檢測(cè)部件； 所述和電流運(yùn)算部件對(duì)接收到的第二光信號(hào)Pbx進(jìn)行和電流運(yùn)算后，第一電流與第二電流i2的和電流輸出信號(hào)Sbx為: Sbx = (Pbx的交流分量)/(Pbx的直流分量)=a Q(i「i2)， 和電流輸出信號(hào)Sbx傳輸至所述和電流檢測(cè)部件；式中，a ^ = 2V。
6.如權(quán)利要求4所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:所述動(dòng)作量運(yùn)算部件計(jì)算得到的差電流輸出信號(hào)Sax的動(dòng)作量m為:
7.如權(quán)利要求5或6所述的一種光子差動(dòng)保護(hù)裝置，其特征在于:在所述判定部件中，將動(dòng)作量m和動(dòng)作比率k分別與預(yù)設(shè)的動(dòng)作量調(diào)整值kl和動(dòng)作比率調(diào)整值k2進(jìn)行比較，如果m > kl且1^ > k2，則判定故障為所述保護(hù)區(qū)間內(nèi)部故障；否則，判定故障為所述保護(hù)區(qū)間外部故障。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK103730884SQ201410030709
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】于文斌, 張國(guó)慶, 肖智宏, 張祥龍, 郭志忠, 申巖, 王貴忠 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司