[发明专利]磁光平衡型光纤电流互感器

说明书

技术领域

本发明涉及大电流计量检测用电流互感器，特别涉及一种用于超特高压场合的大电流计量检测的光纤电流互感器。

背景技术

随着电力系统传输容量的不断增加和电网电压的提高，广泛应用于110kV以上的电磁式电流互感器(Current Transformer，CT)已经暴露出诸多缺点：易发生爆炸；存在磁饱和现象；体积庞大；容易受到周围电磁环境的干扰。与传统的电磁式电流互感器相比，光学电流互感器(OCT)不存在上述缺点，甚至具有更高的准确度，已经得到广泛和深入的关注。

光学电流互感器OCT，按照高压区工作单元是否需要供电，通常可分为有源型和无源型两大类；按照传感机理和传感头的具体结构，又可分为全光纤型(FOCT)、光学玻璃型(BGOCT)、混合型(HOCT)、磁场传感器型和其它传感机理型。其中，全光纤型电流互感器(FOCT)的工作原理主要分为法拉弟效应、逆压电效应和磁致伸缩效应。基于法拉第效应的FOCT实现方案中，主要采用偏振检测方法或者利用法拉第效应的非互易性采用Sagnac干涉仪实现检测。

基于法拉第效应的FOCT，以其显著的隔离耐压高、施工方面等特点，成为在超特高压场合中解决大电流检测的最有效方法。但是由于光纤中的线性双折射效应严重影响电流检测的准确度，而引起双折射的因素较多，如光学传感器件的形变、内部应力、光源波长、环境温度、弯曲、扭转、振动等。

图1所示是一种基于法拉第磁光效应的传统全光纤电流互感器(FOCT)方案，图中，L是光源，LP是线性起偏器，OFC是光纤准直器，T1是被测电流导体上的传感光纤，A是检偏器，OEC是光电转换器，SPU是信号处理单元。入射偏振光在通过被测电流形成的磁场后，偏振面发生偏转，其法拉第偏转角Δθ₁和被测电流i₁的大小成正比。在Δθ₁≈sin(Δθ₁)的条件下，通过检测偏振光的光强，可计算出被测电流i₁的大小。

这种方案的缺点是，当被测电流i₁较大时，法拉第偏转角Δθ₁增大，就不满足Δθ₁≈sin(Δθ₁)的条件，检偏器A输出光强与被测电流i₁之间的非线性增强，导致检测结果的准确度降低；另外，光纤的线性双折射效应会导致应当输出的圆偏振光变成了椭圆偏振光，进一步加剧光强与被测电流之间的非线性关系。

发明内容

针对法拉第磁光效应的全光纤电流互感器FOCT中存在的线性双折射效应对测量准确度带来的影响，本发明提出了一种全新的、磁光平衡的光路设计方案及其控制技术，可抑制线性双折射效应、检测非线性等因素带来的影响，从而提高检测电流的准确度；并能保证全光纤电流互感器良好的绝缘特性，非常适合于超特高压场合的大电流计量检测。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种磁光平衡型光纤电流互感器，包括由n₁匝环绕在被测电流导体C上的传感光纤T₁及由光源L、线性起偏器LP和光纤准直器OFC组成的光输入部分，传感光纤T₁的光输出部分包括检偏器A以及光电转换器OEC，其特征在于，传感光纤T₁的光输出部分还包括一个带有光纤侧和电磁侧的磁光平衡单元T₂，磁光平衡单元T₂的电磁侧连接一个受控电流源CCS，形成电磁回路，传感光纤T₁的输出检测光通过磁光平衡单元T₂的光纤侧，连接到检偏器A以及光电转换器OEC；光电转换器OEC的输出连接到控制单元PIC，作为其输入，控制单元PIC的输出连接到受控电流源CCS，形成对传感光纤T₁输出光的闭环控制；受控电流源CCS输出至磁光平衡单元T₂的电磁侧，其电磁回路上串接一个取样电阻R_s，通过采样其端电压u_s，得到检测电流i₂。

上述方案中，所述磁光平衡单元T₂的光纤侧由n₂匝光纤缠绕成圆环骨架，其起始端连接传感光纤T₁的输出端；其终端连接到检偏器A；所述磁光平衡单元T₂的电磁侧由绕制在圆环骨架上n₃匝线圈绕组CW构成，其始、末端连接到受控电流源CCS，形成电磁回路。