一種具有在線校驗功能的光電電流互感器的製作方法
2024-02-11 12:28:15
專利名稱：一種具有在線校驗功能的光電電流互感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種光電電流互感器。
背景技術：
電流互感器在電カ系統中起著十分重要的作用，是電カ系統中的ー個核心設備。 隨著電力系統的發展及智能電網建設，特別是超高壓輸電的發展，電カ系統對電流互感器的要求越來越高，傳統的電磁式電流互感器由於存在鐵磁飽和、頻率響應低、高壓絕緣能力差、運行事故多等無法克服的缺點，已經無法滿足電カ系統的發展要求。開發線性性能好、 頻率範圍寬、高壓絕緣能力強的電流互感器已經是智能電網發展的迫切需要。光纖電流互感器OCT因抗電磁幹擾性能好、測量精度高、動態範國大、頻率響應範圍寬、體積小重量輕、價格便宜、與數字設備的接ロ方便等，具有廣泛的應用前景，已逐漸成為高壓電流互感器的發展潮流。光電電流互感器主要有純光學電流互感器——無源光電電流互感器，光電混合式電流互感器——有源光電電流互感器兩種形式，無源光電電流互感器利用Faraday 磁光效應原理測量電流，高電壓側沒有任何電子元器件，一次高壓部分免維護，高壓絕緣能力強，使用壽命長，是最理想的光電電流互感器發展方向，但由於線性雙折射、受環境溫度、 震動等環境因素的影響，其性能的長期穩定性很差，測量誤差大，是困擾其實用化的主要困難，目前無源光電電流互感器還無法實現實用化。有源光電電流互感器利用低功率電流互感器或(Rogowski)線圈的電磁感應原理測量電流，利用光纖通信傳輸測量信息，克服了無源光電電流互感器的長期穩定性差和測量誤差大的技術難題，良好的穩定性和高測量精度使其得到了快速發展，但有源光電電流互感器高壓側的測量、數據處理和光電信息傳輸等需要供電電源，供電電源目前主要有「高壓側一次電流電磁感應供電」、「雷射供能供電」、 「超聲波供能供電」和「氣動供能供電」等供電方式，這些供電方式還存在很多工程實際應用方面的問題，長期運行壽命不能滿足電力系統的要求，制約了有源光電電流互感器的實際使用。
發明內容
針對現有有源光電電流互感器長期運行壽命不能滿足電力系統的要求和無源光電電流互感器受溫度和震動等環境因素的影響長期穩定性差測量誤差大等技術難題，本發明提供了ー種具有在線校驗功能的光電電流互感器，可對無源光電電流互感器的長期穩定性和測量誤差在線進行校驗和矯正。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的ー種具有在線校驗功能的光電電流互感器，包括ー個校驗互感器，ー個工作互感器以及ー個校驗處理電路，其中，工作互感器為無源光電電流互感器，包括設置在高電壓側的磁光傳感頭，以及設置在低電壓側的光源、光電檢測器、電子處理電路和光學處理系統， 光學處理系統將光源發出的光束處理後通過光纖、磁光傳感頭獲得一次電流母線上電流的測量光信息，送至光電檢測器對光信息進行檢測並轉換成電信息，然後送至電子處理電路處理獲得測量電流信息，提供給校驗處理電路；所述校驗互感器為有源光電電流互感器，包括傳能供電單元、光纖、設置在高電壓側的電流測量光電傳輸和電源變換、設置在低電壓側的驅動電源和電流信息二次處理。驅動電源通過來自校驗處理電路發出的工作狀態控制信息驅動傳能供電單元向電源變換傳輸供電能量，電源變換向電流測量光電傳輸供電，電流測量光電傳輸通過電磁感應對一次電流母線的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖傳送到電流信息ニ 次處理獲得電流信息，提供給校驗處理電路，作為校驗時的標準電流信息；校驗處理電路將輸入的測量電流信息與輸入的標準電流信息比較，並進行測量誤差校驗處理後輸出給電カ二次系統。上述方案中，所述的校驗處理電路可以與工作互感器的電子處理電路合井。所述的校驗互感器為雷射傳能供電的有源光電電流互感器，或者為超聲波傳能供電的有源光電電流互感器，或者為高頻電磁感應傳能供電的有源光電電流互感器等。所述的工作互感器為純光纖光電電流互感器，或者為磁光玻璃式光電電流互感器。 所述的校驗處理電路包括誤差校驗處理、校驗電路控制和電流矯正，所述校驗電路控制連接有校驗互感器的驅動電源，根據校驗需要向驅動電源發出工作或停止工作的控制信號，誤差校驗處理連接校驗互感器的電流信息二次處理和工作互感器的電子處理電路，把校驗互感器的電流信息作為標準電流，把工作互感器的電流信息作為測量電流，對エ 作互感器的測量電流信息進行誤差校驗分析和處理，依據校驗結果產生一個矯正因子，通過電流矯正對測量電流信息誤差進行矯正處理，然後作為測量電流輸出給電カ二次系統。本發明與現有技術相比，具有以下優點I)用有源光電電流互感器作為精密校驗互感器，或備份電流互感器對無源光電電流互感器的測量誤差進行在線校驗和矯正，或對無源光電電流互感器的故障進行在線備份，提高了無源光電電流互感器長期穩定性，降低了測量誤差，實現了故障備份。並且通過間歇性工作，縮短了該互感器的實際工作時間，克服了現有有源光電電流互感器長期運行壽命短，不能滿足電力系統實際要求的困難，延長了有源光電電流互感器的實際使用壽命。2)用無源光電電流電互感器作為長期工作的互感器，純光纖結構，一次高電壓部分沒有容易損壞的電子器件，使用壽命長，一次高壓部分免維護。3)通過有源光電電流互感器間歇性的工作對無源光纖電流互感器的穩定性和測量誤差進行在線校驗，克服無源光電互感器的線性雙折射、環境溫度、震動等環境因素的影響使其長期穩定性差測量誤差大的缺點，提高了光電互感器長期穩定性，降低了差測量誤差，使光電電流互感器達到了實用化要求。
圖I為本發明具有在線校驗功能的光電電流互感器結構示意圖。圖2為圖I中傳能供電單元的ー個具體實施例。圖3為圖I中傳能供電單元的另ー個具體實施例。圖4為圖I中傳能供電單元的第三個具體實施例。圖5為圖I中無源光纖電流互感器的ー個具體實施例。
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圖6為圖I中的校驗處理電路的功能結構框圖。圖I至圖5中6、一次電流母線；7、光纖；8、高電壓側；9、低電壓側；10、電磁傳感頭；11、磁光傳感頭；12、1/4波片；13、延時光纖；14、相位調製器；15、起偏器；16、耦合器； 17、反射片；18、光纖傳感頭。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進ー步的詳細說明。參考圖1，ー種具有在線校驗功能的光電電流互感器，包括一個無源光電電流互感器(校驗互感器)，一個有源光電電流互感器(工作互感器)和ー個校驗處理電路。無源光電電流互感器由光源、光學處理系統、磁光傳感頭11、光電檢測器和電子處理電路等構成，光源發出的光束由光學處理系統進行一系列必要的處理後到達磁光傳感頭，磁光傳感頭利用Faraday磁光效應原理測量電流，攜帯電流測量信息的光束到達光電檢測器，光電檢測器對光信息進行檢測並轉換成電信息送電子處理電路進行處理後輸出電流測量信息(該電流測量信息受環境因素影響長期穩定性差測量誤差大)，提供給校驗處理電路進行校驗和矯正處理後輸出給電カ二次系統。有源光電電流互感器由驅動電源I、傳能供電單元2、電源變換3、電流測量光電傳輸4、光纖7和電流信息處理5等組成，驅動電源I驅動傳能供電單元2向高壓側8的電源變換3傳輸供電能量，電源變換3向電流測量光電傳輸4供電，電流測量光電傳輸4通過電磁傳感頭10(電磁感應)對一次電流母線6的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖把電流信息傳送到低電壓側9的電流信息處理5進行數據二次處理後輸出電流信息(該電流信息具有比較高的測量精確度和穩定性)，提供給校驗處理電路，作為校驗時的標準電流。校驗處理電路可以獨立，也可以與無源光電電流互感器的電子處理電路合井，校驗處理電路把有源光電電流互感器提供的電流作為校驗時的標準電流，對無源光電電流互感器提供的測量電流進行測量誤差校驗，依據校驗結果動態的在線矯正無源光電電流互感器的測量穩定性和測量誤差性能，把矯正後的無源光電電流互感器的電流測量結果作為輸出送電カ二次系統。有源光電電流互感器可以間歇性或連續性工作，工作狀態由驅動電源I控制，驅動電源I的工作由校驗處理電路依據校驗要求控制。有源光電電流互感器作為精密校驗或備份互感器對無源光電電流互感器的測量誤差進行在線校驗和矯正，或對無源光電電流互感器的故障進行在線備份，提高了工作互感器長期穩定性，降低了測量誤差，實現了故障備份。圖I中的工作互感器可以是純光纖無源光電電流互感器，也可以是磁光玻璃式等光電電流互感器。而校驗互感器可以是雷射、超聲波等傳能供電的有源光電電流互感器，也可以是高頻電磁感應傳能供電的有源光電電流互感器等。如圖2所示，雷射傳能供電的有源光電電流互感器，由低壓側9的驅動電源I驅動功率雷射管發出雷射，經過傳能光纖7把光能傳到高壓側8，再由光電轉換器把光能轉換成直流電能，經電源變換3變換向電流測量光電傳輸4供電，電流測量光電傳輸4通過電磁感應對一次電流母線6的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖把電流信息傳送到低電壓側的電流信息處理5進行數據二次處理獲得電流信息。如圖3所示，超聲波傳能供電的有源光電電流互感器，由低壓側9的驅動電源I驅動超聲波發射換能器發出超聲波，經過超聲波傳能絕緣棒把超聲能傳到高壓側8，再由超聲波接收換能器把超聲能轉換成交流電能，經電源變換3變換成穩定的直流電能向電流測量光電傳輸4供電，電流測量光電傳輸4通過電磁感應對一次電流母線6的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖7把電流信息傳送到低電壓側的電流信息處理5 進行數據二次處理獲得電流信息。如圖4所示，高頻電磁感應傳能供電的有源光電電流互感器，由低壓側的驅動電源I驅動高頻感應傳能絕緣子產生電磁感應諧振，該高頻感應傳能絕緣子通過高頻電磁感應諧振把高頻驅動電源產生的(1MHz——IOMHz頻率範圍)特定頻率的高頻交流電能從低電壓側9感應傳送到高電壓側8，經電源變換3變換成穩定的直流電能向電流測量光電傳輸 4供電，電流測量光電傳輸4通過電磁感應對一次電流母線的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖把電流信息傳送到低電壓側的電流信息處理5進行數據二次處理獲得電流信息。其中，高頻感應傳能絕緣子包括複合空心絕緣子、等距離繞制在複合空心絕緣子周邊或傘群中的電磁感應線圈L及電容C。其中，複合空心絕緣子中最下方的電磁感應線圈兩端連接低壓側的驅動電源I的輸出；複合空心絕緣子中最上方的電磁感應線圈兩端連接高電壓側的電源變換器3的輸入；複合空心絕緣子中其它的電磁感應線圈兩端均連接相同的電容器C。驅動電源I產生的高頻電能通過高頻感應傳能絕緣子從低電壓側傳輸到高壓側，再由電源變換器3轉換為直流電能向電流測量光電傳輸模塊4供電。電磁感應線圈L和連接在其兩端的電容器C對驅動電源I的頻率產生電磁感應諧振，電磁感應線圈的感抗、電容器的容抗和驅動電源I的輸出阻抗等要達到阻抗匹配，該高頻感應傳能絕緣子通過無線高頻電磁感應諧振能把特定頻率(1MHZ-10MHZ)的高頻交流電能從低電壓側感應傳送到高電壓側，而且具有很好的交直流高壓絕緣能力。作為校驗用的有源光電電流互感器的工作狀態由驅動電源I控制，當控制驅動電源I進入工作狀態後，就驅動傳能供電單元2向高壓側傳送供電能量，電源變換3就開始向電流測量光電傳輸4供電，電流測量光電傳輸4測量一次母線電流並把電流信息轉換成光信息，通過通信光纖7發送到低壓側的電流信息二次處理5，經過二次處理就獲得了測量電流，將該測量結果作為校驗時的標準電流數據，用其對無源光纖互感器的測量誤差和穩定性進行在線校驗和矯正。當控制驅動電源I停止工作狀態後，電流測量光電傳輸4就失去供電停止電流測量，有源光電互感器就處於間歇性停止工作狀態，這樣就延長了校驗互感器的工作壽命。如圖5所示，純光纖無源光電電流互感器，由光源、光學處理系統(耦合器16、起偏器15、相位調節器14、延時光纖13、1/4波片12、反射片17)、光纖傳感頭18、光電檢測器和電子處理電路等構成，其中，1/4波片、光纖傳感頭和反射片等置於高電壓側，光源、耦合器、起偏器、相位調節器、光電檢測器和電子處理電路等置於低電壓側。光學處理系統對光源發出的光束進行一系列處理，光源發出的光束經過耦合器傳到起偏器，起偏器的尾纖與相位調節器的尾纖以45°角熔接，起偏器把光源發出的光束轉換成線偏振光，線偏振光進入相位調節器後被分解成沿光纖的(X軸和Y軸)兩個軸向傳播的兩束正交的線偏振光，相位調節器對兩束正交的線偏振光的相位進行調製，兩束正交的線偏振光到達1/4波片後分別被轉換成左旋和右旋的兩束園偏振光，兩束園偏振光進入光纖傳感頭，電流產生的磁場對兩束園偏振光產生Faraday磁光效應作用，改變了兩束園偏振光的傳播速度，兩束園偏振光到達反射面後發生反射，反射後兩束園偏振光的偏振模式發生互換(左旋變右旋，右旋變左旋)，兩反射光束再通過光纖傳感頭受到Faraday磁光效應作用,兩反射光束到達到達1/4波片後恢復成兩線偏振光束，攜帯相位信息(電流信息)的兩線偏振光束到達起偏器處發生幹渉，幹涉結果由耦合器進入光電檢測器，光電檢測器把光信息轉換成電信號，送給電子處理電路進行處理和對相位調節器進行控制。電子處理電路對電流信息檢測和數據處理實現電流測量。如圖6所示，校驗處理電路由誤差校驗處理、校驗電路控制和電流矯正等部分組成。校驗電路控制連接有源光電電流互感器的驅動電源I，根據校驗需要向其發出工作或停止工作的控制，誤差校驗處理連接有源光電電流互感器的電流信息處理5和無源光電電流互感器的電子處理電路，把有源光電電流互感器的電流信息作為標準電流，把無源光電電流互感器的電流信息作為測量電流，對無源光電電流互感器的電流信息進行誤差校驗分析和處理，依據校驗結果產生一個矯正因子，用矯正因子對無源光電電流互感器的電流信息進行矯正處理，然後作為最終測量電流數據輸出給電カ二次系統。本發明利用有源光電電流互感器測量精度高長期穩定性好和無源光電電流互感器免維護使用壽命長的特點，兩者優勢互補，通過有源光電電流互感器間歇性的工作對無源光電電流互感器的長期穩定性和測量誤差進行在線校驗和矯正，既能克服有源光電電流互感器長期運行壽命不能滿足要求的缺點，又能克服無源光電電流互感器長期穩定性差測量誤差大的缺點，解決了無源光電電流互感器的長期穩定性差測量誤差大的技術難題，使光電電流互感器的性能達到實用化要求。
權利要求
1.ー種具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在於，包括ー個校驗互感器，ー個工作互感器以及ー個校驗處理電路，其中，工作互感器為無源光電電流互感器，包括設置在高電壓側的磁光傳感頭，以及設置在低電壓側的光源、光電檢測器、電子處理電路和光學處理系統，光學處理系統將光源發出的光束處理後通過光纖、磁光傳感頭獲得一次電流母線上電流的測量光信息，送至光電檢測器對光信息進行檢測並轉換成電信息，然後送至電子處理電路處理獲得測量電流信息，提供給校驗處理電路；所述校驗互感器為有源光電電流互感器，包括傳能供電單元、光纖、設置在高電壓側的電流測量光電傳輸和電源變換、設置在低電壓側的驅動電源和電流信息二次處理，驅動電源通過來自校驗處理電路發出的工作狀態控制信息驅動傳能供電單元向電源變換傳輸供電能量，電源變換向電流測量光電傳輸供電，電流測量光電傳輸通過電磁感應對一次電流母線的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖傳送到電流信息二次處理獲得電流信息，提供給校驗處理電路，作為校驗時的標準電流信息；校驗處理電路將輸入的測量電流信息與輸入的標準電流信息比較，並進行測量誤差校驗處理後輸出給電カ二次系統。
2.如權利要求I所述的具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在於，所述的校驗互感器為雷射傳能供電的有源光電電流互感器，或者為超聲波傳能供電的有源光電電流互感器，或者為高頻電磁感應傳能供電的有源光電電流互感器。
3.如權利要求I所述的具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在於，所述的エ 作互感器為純光纖光電電流互感器，或者為磁光玻璃式光電電流互感器。
4.如權利要求I所述的具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在於，所述的校驗處理電路包括誤差校驗處理、校驗電路控制和電流矯正，所述校驗電路控制連接有校驗互感器的驅動電源，根據校驗需要向驅動電源發出工作或停止工作的控制信號，誤差校驗處理連接校驗互感器的電流信息二次處理和工作互感器的電子處理電路，把校驗互感器的電流信息作為標準電流，把工作互感器的電流信息作為測量電流，對工作互感器的測量電流信息進行誤差校驗分析和處理，依據校驗結果產生一個矯正因子，通過電流矯正對測量電流信息誤差進行矯正處理，然後作為測量電流輸出給電カ二次系統。
5.ー種具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在幹，包括ー個校驗互感器，一個工作互感器，其中，工作互感器為無源光電電流互感器，包括設置在高電壓側的磁光傳感頭，以及設置在低電壓側的光源、光電檢測器、電子處理電路和光學處理系統，其中，電子處理電路合併有ー個校驗處理電路；光學處理系統將光源發出的光束處理後通過光纖、磁光傳感頭獲得一次電流母線上電流的測量光信息，送至光電檢測器對光信息進行檢測並轉換成電信息，然後送至電子處理電路處理獲得測量電流信息，提供給校驗處理電路；所述校驗互感器為有源光電電流互感器，包括傳能供電單元、光纖、設置在高電壓側的電流測量光電傳輸和電源變換、設置在低電壓側的驅動電源和電流信息二次處理，驅動電源通過來自校驗處理電路發出的工作狀態控制信息驅動傳能供電單元向電源變換傳輸供電能量，電源變換向電流測量光電傳輸供電，電流測量光電傳輸通過電磁感應對一次電流母線的高壓電流進行測量，並把電流信息轉換成光電信號，經光纖傳送到電流信息二次處理獲得電流信息，提供給校驗處理電路，作為校驗時的標準電流信息；校驗處理電路將輸入的測量電流信息與輸入的標準電流信息比較，並進行測量誤差校驗處理後輸出給電カ二次系統。
全文摘要
本發明公開了一種具有在線校驗功能的光電電流互感器，其特徵在於，包括一個校驗互感器，一個工作互感器以及一個校驗處理電路，其中，工作互感器為無源光電電流互感器；校驗互感器為有源光電電流互感器，校驗處理電路將工作互感器輸入的測量電流信息與校驗互感器輸入的標準電流信息比較，並進行測量誤差校驗處理後輸出給電力二次系統。通過有源光電電流互感器間歇性的工作對無源光電電流互感器的長期穩定性和測量誤差進行在線校驗和矯正，既能克服有源光電電流互感器長期運行壽命不能滿足要求的缺點，又能克服無源光電電流互感器長期穩定性差測量誤差大的缺點，使光電電流互感器的性能達到實用化要求。
文檔編號H01F38/32GK102608557SQ201210072600
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者何文林, 何月, 劉曉暉 申請人:西安交通大學