[发明专利]光学电流传感系统及电流测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学电流传感技术，特别是一种光学电流传感系统及电流测量方法。

背景技术

电流传感器或互感器是冶金、化工、电力、电网等领域中用于检测电流的重要设备。在智能电网中，需要布置大量的电流检测点作为智能电网的眼睛。因此，传感器的性能、成本、安装便捷等多方面因素与智能电网建设、运行密切相关。

目前，已经报道了大量基于罗氏线圈方案电子式电流互感器和法拉第效应的光纤电流互感器。

罗氏线圈方案的电子式电流互感器的采集模块必须放置在高压侧或邻近位置，这就容易受到外场的电磁干扰，从而导致互感器失灵。此外，这种电流互感器在安装时，通常需要将导体断开。

基于法拉第效应的全光纤电流互感器主要利用安培环路定律和法拉第磁光效应来测量导体的电流。该方案性能优异，可以彻底解决罗氏线圈存在的致命问题。但是其技术复杂，成本较高，适合高压以及特高压应用。此外，该产品被预先封装在封闭的环状金属结构体内，安装时必须断开被测导体，应用不够灵活，在中低压领域应用受到限制。

然而，智能电网建设和老式变电站改造过程中，电流导线是不能轻易断开的。可以看出，现有的罗氏线圈方案或基于法拉第磁光效应的全光纤电流互感器，由于不能够在现场进行便捷式安装，且成本较高，在中低压电网领域的应用受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够进行无需断开导体的便捷式安装且成本低廉的光学电流传感系统，以及相应的对流经导体的电流进行测量的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学电流传感系统，用于对流经导体的电流进行测量，该系统包括传感单元、双向收发单元和数据处理单元。传感单元安装在被测导体上，包括顺序排布且光学准直的第一准直器、第一偏振器、磁光晶体、第二偏振器、第二准直器。双向收发单元包括：光源和分路单元。分路单元用于将光源发出的光分成第一路光和第二路光。第一路光从传感单元的第一准直器入射，第二准直器出射，并获得携带了电流信息的第一数据信号；第二路光从传感单元的第二准直器入射，第一准直器出射，并获得携带了电流信息的第二数据信号。数据处理单元用于对第一数据信号和第二数据信号进行处理，以获得表征流经导体的电流的数据。

优选地，双向收发单元还包括用于将光源发出的光束均匀化的消偏器。

在一个实施例中，分路单元可以包括第一分束器、第二分束器、第三分束器、第一探测器和第二探测器，其中第一分束器将光源发出并经过消偏器的光分成第一路光和第二路光，其中第一路光经由第二分束器入射到传感单元的第一准直器，从第二准直器出射，并将携带了电流信息的第一数据信号经由第三分束器输入到第一探测器；第二路光经由第三分束器入射到传感单元的第二准直器，从第一准直器出射，并将携带了电流信息的第二数据信号经由第二分束器输入第二探测器。

在一个实施例中，数据处理单元可以包括两个第一AD采集器，分别从携带了电流信息的第一数据信号中采集到数据信号；两个第二AD采集器，分别从携带了电流信息的第二数据信号中采集到数据信号；以及计算单元，从每个AD采集器采集到的数据信号中提取出直流分量和交流分量，并将交流分量与直流分量相除，得到表征流经导体的电流的数据。

在一个实施例中，计算单元可以进一步将从两个第一AD采集器采集到数据信号中之一计算得到的表征流经导体的电流的数据与从两个第二AD采集器采集到的数据信号中之一计算得到的表征流经导体的电流的数据相减，以消除测量结果中磁光材料的残余双折射引起的误差。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用传感单元对流经导体的电流进行测量的方法。该传感单元安装在导体上，并且包括顺序排布且光学准直的第一准直器、第一偏振器、磁光晶体、第二偏振器、第二准直器。该方法包括：将光源发出的光分为第一路光和第二路光；将所述第一路光沿第一方向流经所述传感单元，以得到携带了电流信息的第一数据信号；将所述第二路光沿与所述第一方向相反的第二方向流经所述传感单元，以得到携带了电流信息的第二数据信号；基于所述第一数据信号和所述第二数据信号进行计算，以得到表征流经导体的电流的数据。

在一个实施例中，基于所述第一数据信号和所述第二数据信号进行计算可以包括：从第一数据信号中提取出直流分量和交流分量，并将交流分量与直流分量相除，得到第一表征流经导体的电流的数据；从第二数据信号中提取出直流分量和交流分量，并将交流分量与直流分量相除，得到第二表征流经导体的电流的数据。