[发明专利]一种光纤电流互感器

说明书

一种光纤电流互感器，由采集单元、传输光纤、光纤传感环组成，增加一个固定盒，传感光纤起始端的波片和末端的反射镜安装在固定盒内，波片与反射镜位置靠紧、对齐，光纤传感环的光纤外皮上标记刻度；固定盒使用铁磁屏蔽材料，在空间上形成闭合的磁路；固定盒的安装位置距离有流导体足够远；光纤电流互感器安装校准之后，在标记刻度的位置上做好对准的标记，以后拆卸恢复安装时，按做好的对准标记对准位置。本发明解决了磁场临近效应、磁场不对称导致的光纤电流互感器电流测量误差的问题。

技术领域

本发明涉及电流互感器，尤其涉及一种光纤电流互感器。

背景技术

大型同步发电机是电力系统的重要主设备，为保障大型同步发电机的可靠运行，发电机的继电保护装置、励磁调节器等保护控制系统都需要准确测量发电机的电流。比如，继电保护装置测量发电机定子绕组的中性点侧电流和机端电流，实现纵差保护，反映定子绕组内部相间故障；比如，发电机定子绕组内部如果安装了分支绕组的电流互感器(CT)，则通过测量分支绕组电流，实现裂相横差保护，反映定子绕组的匝间故障；比如，扩大单元接线方式的同步发电机，即两台或三台发电机机端接在同一个母线上运行，当其中一台发电机出现定子绕组单相接地故障时，需要测量发电机机端零序电流，与测量到的机端零序电压一起构成基波零序方向保护，用于区分单相接地故障发生在区内还是区外；又比如，励磁系统在实现电压闭环控制的同时需要有过励限制、欠励限制的功能，这就要求励磁调节器测量发电机机端电压、电流，实时计算出发电机的有功功率和无功功率。

目前测量发电机定子绕组的电流，包括中性点侧电流、机端电流、分支绕组电流、机端零序电流，等等，广泛采用传统的电磁式CT，其优点是造价适中、设计制造安装方便、应用技术成熟。但是相比新兴发展的光纤电流互感器，传统的电磁式CT也存在明显的缺点：

(1)体积尺寸比较大，无法安装在狭小的空间内。比如，大型汽轮发电机组通常每相两个并联分支，由于发电机内部结构紧凑，分支绕组之间的距离很近，分支绕组上无法安装传统的电磁式CT。

(2)存在饱和问题。比如，在严重的短路故障时，故障电流可能很大，且存在非周期分量，电磁式CT在大电流、非周期分量的影响可能出现铁心饱和，导致CT电流传变失真，影响差动保护、过流保护的性能，严重时有可能导致差动保护误动、过流保护延时动作；又比如，在抽水蓄能的大型发电/电动机上，变频拖动时，尤其是低频运行过程中，因频率较低，同样可能导致CT饱和，使得电流测量结果失真。

(3)受磁场临近效应影响，造成CT测量误差。根据IEEE Std.C37.102-2006IEEEGuide for AC Generator Protection第5.1.2条款的说明，邻近效应是靠近CT的导体流过电流时产生的，该电流产生的杂散磁通磁场影响了CT的测量结果。在工程应用上，与高压、超高压变电站里的CT不同，安装在发电机上的CT距离都比较近，临近效应明显，为了减小临近效应的影响，传统的电磁式CT需要在CT上加装补偿绕组(屏蔽绕组)或者磁屏蔽。现场出现过CT安装位置不当，临近效应很强，不仅导致电流测量出现误差，而且导致磁屏蔽过热烧损CT的案例。

(4)导体不对中或者磁场不对称，造成CT测量误差。在大型同步发电机上应用的CT，因为电压较高，电流很大，均采用穿心式CT。测量单相电流或者分支电流时，如果电流导体不在CT窗口的正中心，其产生的磁场相对铁心是偏心的、不对称的，由于电磁式CT的二次绕组只布置在铁心的一部分，所以会产生测量误差。同样的，测量机端零序电流时，三相电流穿过机端零序CT的窗口，三相电流如果产生的磁场相对铁心是不对称的话，零序CT的测量结果也会出现误差。

近些年来，光纤电流互感器的技术越来越成熟，已在高压、超高压变电站内有不少应用。光纤电流互感器的一次传感部分(即光纤传感环)是柔性的，可以方便地缠绕在任何形状的一次导体上，其突出的优点是：

(1)光纤电流互感器的光纤传感环体积尺寸小，而且光纤传感环本身不导电，绝缘性能好，因此可以实现狭小空间的安装，可以解决发电机上电磁式CT安装空间受限的问题。