[实用新型]110千伏无源式光纤电流互感器

说明书

本实用新型所涉及的是一种无源式光纤电流互感器，包括有三维结构整块玻璃型光学电流传感头和电流互感器的绝缘结构。可适用于各种电流(如电网电流、瞬态大电流、冲击电流等)的测量，尤其适用于测量常规电工仪表不适用或难以准确测量的电流信号。可应用于电力系统高压、超高压下的各种电流测量。

在现有技术中，利用法拉第(Faraday)磁光效应的块状磁光材料型光学电流传感器，可以设计和加工成许多种不同的几何拓扑结构。对这些结构的主要要求：具有很好的保偏性能；光路绕被测电流形成闭合环路；光的传输损耗小；稳定可靠等。通常使线偏振光在玻璃传感头中经过几次全反射而实现光路绕被测电流形成闭合或近似闭合的环路，并采用临界全反射法或正交双全反射法来解决保偏问题。利用正交双全反射法来实现保偏的传感头设计方案在现有技术中已被提出，其传感头一般为由四条长棱镜胶合而成的条形结构或在入出射光束交汇处挖掉一个角并胶合一小块棱镜作入、出射过渡的块型结构。现有的条型结构和块型结构传感头，入射光和出射光都分别在传感头的上层和下层光路中传播，光路不是完全闭合的，使得测量容易受导体位置及外界磁场的影响，降低了电流测量的准确度。另外，在现有的条型结构中，光束三次通过胶合面，在现有的块型结构中，光束两次通过胶合面，这使得光的传输损耗增加，并且胶合面多，降低了传感头的可靠性。

现有技术中的无源式光纤电流互感器的绝缘结构有的采用传统电磁式电流互感器的绝缘支撑，需充六氟化硫(SF₆)气体或充油；有的采用全灌环氧胶式复合绝缘支撑。通常存在着结构复杂、有局部放电、工艺难度大及成本高等缺点。

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足之处，设计一种利用三维结构块型光学电流传感头制作成的，具有良好绝缘性能，结构简单、抗外界电磁干扰强、工艺简单、成本低廉的无源式光纤电流互感器。

本实用新型所述的110千伏无源式光纤电流互感器，由电流传感头和绝缘结构构成。

电流传感头是三维结构整块玻璃型光学电流传感头，由直角小棱镜1和主体玻璃环2构成。小棱镜1设置在玻璃环2正面的一个大反射面8上入射光进入传感头处。主体玻璃环2中间开有圆孔3，其外围四侧有上下、左右、前后相对的5个45°角反射面4、6、7、8、9及一个垂直的出射通光面5。

所述的电流互感器绝缘结构为，在下法兰盘10和上法兰盘11之间设置有竹节式环氧筒串12，竹节式环氧筒串12由若干个竹节式环氧筒13构成，竹节式环氧筒串12外紧包环氧玻璃布14，绕制成环氧筒，构成绝缘支撑，在绝缘支撑的外绝缘有硅橡胶制成的复合绝缘裙边15；在环氧竹节筒13上设置有小孔16，光纤17从环氧竹节筒13的小孔16中穿过，光纤17尽量弯曲以增大光纤表面的爬电距离，光纤17与竹节小孔16接触处用环氧胶密封；

所说的光学传感头固定在绝缘支撑的上法兰盘11上，外面罩有∩型金属帽18；金属帽18上设置有耳孔19、19’，传导高压母线电流的铜棒20穿过金属帽18的一边耳孔19，再穿过传感头主体玻璃环2中间的圆孔3，从金属帽18的另一耳孔19’穿出；铜棒20的一端与金属帽18的一个耳孔19相接触，另一端与金属帽18的另一耳孔19’绝缘21。这样，既可使高压母线电流从铜棒中流过，又使铜棒、金属帽、上法兰盘处于等电位，不仅可以保护传感头，又可屏蔽外界电磁干扰。金属帽18的耳孔19、19’，以及上法兰盘11采用严格的密封措施。

本实用新型所说的电流互感器具有以下优点的效果。

1、由于出射光与入射光同在下层光路中传播，从而大大改善了光路闭合程度。

2、光束只通过胶合面一次，在加工工艺成熟的条件下，这种结构可以不经胶合，而直接用一整块材料制成，显然这将不仅减少了传感头的损耗，更使得传感头的可靠性大大提高。

3、光学加工及耦合工艺简单。

4、光学电流传感头的效果与现有技术的效果相比，传感头的光路不闭合程度大幅度减小。以外形尺寸同为98×98×33mm³的传感头为例，现有的块型结构，其光路不闭合程度占总光路长的5％，本实用新型的光路不闭合程度仅为0.9％，因而基本上可以认为是闭合光路。

5、绝缘结构可适用各种类型(全光纤型、玻璃型和混合型等)和用途(电流计量、保护、泄漏电流测量、冲击电流测量等)的无源式光纤电流互感器。

6、绝缘结构具有安全可靠、绝缘性能好；光纤易于安置；结构简单、坚固，对传感头有一定的防震隔热作用，密封防潮；抗外界电磁干扰；与高压母线连接方便等功能。

图1：三维结构整块型光学电流传感头示意图；