專(zhuān)利名稱(chēng)：電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流互感器，是一種用于110KV及以下電力系統(tǒng)中的電流參數(shù)的 測(cè)量裝置，供電力系統(tǒng)的電氣測(cè)量、繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)控制裝置之用，尤其是一種電流互 感器的溫度補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
電流互感器是電力系統(tǒng)中一個(gè)及其重要的器件，它起到測(cè)量和變換一次系統(tǒng)電 流、隔離一次系統(tǒng)高壓的作用。目前電力系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的電磁式電流互感，技術(shù)也已經(jīng) 十分成熟，其中鐵芯式電流互感器以干式、油浸式和氣體絕緣式等多種結(jié)構(gòu)為主。但是隨著 電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)的不斷提高以及保護(hù)要求的不斷完善，變電站的智能化升級(jí)改造及電 力系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的一些問(wèn)題也就日益暴露出來(lái)，主要 缺點(diǎn)有
(1)電磁式電流互感器含有鐵芯，所以動(dòng)態(tài)范圍小、使用頻帶窄，而且存在鐵磁諧振。(2) 二次側(cè)不能開(kāi)路，否則將產(chǎn)生的高壓對(duì)設(shè)備造成危害，甚至危及人身安全。(3)體積大、成本大，而且易燃、易爆。電子式電流互感器與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器比較主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)電 子式電流互感器采用玻璃光纖等絕緣材料來(lái)傳輸信息，在強(qiáng)電磁環(huán)境中能夠保證信號(hào)的精 確性和可靠性，具有優(yōu)良的絕緣性能以及很強(qiáng)的抗電磁干擾性能。(2)無(wú)鐵芯，消除了鐵磁諧振和磁飽和等問(wèn)題，而且線(xiàn)性度好，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、頻 率寬、精度高。(3)體積小、成本低、重量輕、節(jié)約空間。(4)低壓端無(wú)開(kāi)路高壓危險(xiǎn)，沒(méi)有因充油而產(chǎn)生的易燃和易爆炸等危險(xiǎn) (5)適應(yīng)了計(jì)量和保護(hù)數(shù)字化以及微機(jī)化和自動(dòng)化發(fā)展的潮流。針對(duì)以上這些電子式電流互感器所表現(xiàn)出來(lái)的突出優(yōu)越性，可以看出電子式電流 互感器是大勢(shì)所趨，是傳統(tǒng)的電流互感器的理想替代品。目前較有應(yīng)用前景的是有源型電子式電流互感器，已經(jīng)有較多不同電壓等級(jí)的有 源型電子式電流互感器處于掛網(wǎng)試運(yùn)行階段。電子式電流互感器是一種高精度的電子測(cè)量裝置，目前還存在著大量需要完善的 問(wèn)題，如總體精度問(wèn)題，高壓端的供電問(wèn)題，可靠性問(wèn)題等等，期中環(huán)境溫度對(duì)精度及整機(jī) 性能的影響是大家共同關(guān)心的問(wèn)題。1IOKV以上的高壓電子式電流互感器一般都安裝在室外，運(yùn)行條件十分惡劣，一年 四季溫差很大，可達(dá)-30° C到+60° C，造成Rogowski線(xiàn)圈的骨架、線(xiàn)圈的膨脹或收縮，從 而對(duì)測(cè)量精度造成影響，溫度的變化對(duì)電子轉(zhuǎn)換單元、光纖傳送單元也造成測(cè)量精度上的 影響。因此對(duì)溫度變化造成的測(cè)量誤差，需要進(jìn)行系統(tǒng)性地補(bǔ)償，從事電子式電流互感器研 究的科研人員一直很重視，但由于電子式電流互感器的特殊性，一直沒(méi)有找到較好的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的電子式電流互感器的不能有效進(jìn)行溫度測(cè)量并進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?不足，本發(fā)明提供一種能有效測(cè)量溫度并進(jìn)行測(cè)量值溫度補(bǔ)償?shù)碾娮邮诫娏骰ジ衅鞴饫w溫 度補(bǔ)償器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器，所述電流互感器包括套裝在待測(cè)線(xiàn)路上的電 流測(cè)量線(xiàn)圈和取能線(xiàn)圈，所述電流測(cè)量線(xiàn)圈依次連接積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊，所述第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光纖連接第一 0/E轉(zhuǎn)換模塊，所述第一 0/E轉(zhuǎn)換 模塊連接電流運(yùn)算模塊，所述電流運(yùn)算模塊連接同步控制模塊，所述同步控制模塊連接第 二 E/0轉(zhuǎn)換模塊，所述第二 E/0轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光纖連接第二 0/E轉(zhuǎn)換模塊，所述第二 0/E轉(zhuǎn) 換模塊連接所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述取能系線(xiàn)圈連接所述懸浮電源，所述懸浮電源連接所 述積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊；所述光纖溫度補(bǔ)償器包括半導(dǎo)體激光 器和波分復(fù)用器，所述半導(dǎo)體激光器與所述波分復(fù)用器連接，所述波分復(fù)用器與光纖連接， 所述波分復(fù)用器的兩路后向散射光通道接口分別依次連接光電轉(zhuǎn)換器、放大電路后于高速 數(shù)據(jù)采集卡連接，所述高速數(shù)據(jù)采集卡與所述電流運(yùn)算模塊連接，所述電流運(yùn)算模塊包括 用以根據(jù)電流測(cè)量線(xiàn)圈信號(hào)計(jì)算電流測(cè)量值的電流測(cè)量子模塊，用以根據(jù)光纖測(cè)溫計(jì)算溫 度的溫度測(cè)量子模塊，以及用以根據(jù)光纖測(cè)溫原理得到實(shí)時(shí)的溫度值，依照溫度與補(bǔ)償系 數(shù)對(duì)應(yīng)表，查表得到補(bǔ)償系數(shù)，將補(bǔ)償系數(shù)與電流值做乘積得到補(bǔ)償后的電流值的溫度補(bǔ) 償子模塊。作為優(yōu)選的一種方案在所述溫度補(bǔ)償子模塊中，如果溫度值屬于補(bǔ)償系數(shù)表中 的點(diǎn)值，則選取對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)；如果溫度值屬于償系數(shù)表中兩個(gè)相鄰的點(diǎn)值之間，則采用 插值法確定補(bǔ)償系數(shù)。進(jìn)一步，所述波分復(fù)用器為拉曼散射用波分復(fù)用器，所述半導(dǎo)體激光器為脈沖激光器。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在基本不增加本裝備電源負(fù)擔(dān)和裝備成本的前提下增加溫 度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。也就是如何充分利用現(xiàn)有各部分組成溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，以達(dá)到提高測(cè)量精度的 目的。經(jīng)過(guò)充分研究，我們提出了利用現(xiàn)有光纖、半導(dǎo)體激光器、DSP及波分復(fù)用器等組成 一個(gè)溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)主要有光時(shí)域反射(OTDR)和光頻域反射(OFDR)兩種技術(shù)對(duì) 空間分布的溫度進(jìn)行測(cè)量。光時(shí)域反射(OTDR)技術(shù)應(yīng)是一項(xiàng)較為成熟的測(cè)量技術(shù)，其原如 圖2所示。圖中，傳播通道T和接收通道R為同一根光纖，此處為了能清楚說(shuō)明原理，故 表示成不同的兩條通道。光纖總長(zhǎng)為L(zhǎng)，考慮距離激光源為1的光纖前端F處，長(zhǎng)度為 dl的一段光纖。能量持續(xù)時(shí)間為Δ T的泵浦脈沖光注入光纖后，以速度ν (v=c / η，其中 C為真空中的光速，η為纖芯折射率，一般η=1. 5)在傳輸通道T中傳輸，傳播到d +Λ 段一部分能量_被損耗(Qf為入射光的單位長(zhǎng)度上的損耗系數(shù))；一部分能量被耦 合到接收通道R，然后以速度ν回到光電探測(cè)器處(Γ為單位長(zhǎng)度上的光后向散射系數(shù)，P 為后向散射因子)。假定光纖是均勻的，即《、Γ與光纖位置無(wú)關(guān)；同時(shí)還假定光纖在泵浦光波長(zhǎng)和散射光波長(zhǎng)的損耗系數(shù)相等。經(jīng)過(guò)傳輸通道d ^1+d!段，光能量損失可表示為 dET(J")i ET(i)=-aii(1) 積分得
E T (I) = E0 exp( - al)(2)
因而從d +Λ段耦合進(jìn)入接收通道的能量為 dER(I) = ρΓΞ (3)
這部分能量沿著接收通道R傳播，經(jīng)過(guò)距離I后到達(dá)光電探測(cè)器處，被光電探測(cè)器探 測(cè)，此時(shí)能量變?yōu)?br> dER (21) = ρΓΕ0 exp(-2ai)a7(4)
式( 表示能量將在t時(shí)刻到達(dá)光電探測(cè)器處，即 ￡ = 21/ν t(5)
將式(5)代入⑷得
γ
dE R {vt) = ρΤΕη εχρ( - avt ) — dt(6)
式中3 (ν )/表示+dt期間的平均功率，因此
V
p(t) = — pTEd -avt)(7)
式(7)將接收的光功率表示為時(shí)間的函數(shù)。由式(5)可知，時(shí)間的不同又對(duì)應(yīng)著光纖 位置的不同，這就意味著光探測(cè)器探測(cè)到的光功率為光纖位置的函數(shù)，那么不同光纖位置1 處的光功率均可被探測(cè)器探測(cè)到。隨著1逐漸增加，光纖分布待測(cè)溫度場(chǎng)的空間分布式測(cè)量。拉曼散射的溫度信號(hào)解調(diào)方法是利用后向拉曼散射溫度效應(yīng)當(dāng)激光脈沖在光纖 中傳播的過(guò)程中與光纖分子相互作用，發(fā)生多種形式的散射，如瑞利(Rayleigh)散射、布 里淵(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等，其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)和 光子相互作用發(fā)生能量交換而產(chǎn)生的，具體地說(shuō)，如果一部分光能轉(zhuǎn)換成為熱振動(dòng)，那么將 發(fā)出一個(gè)比光源波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，稱(chēng)為Mokes光，如果一部分熱振動(dòng)轉(zhuǎn)換成為光能，那么將發(fā) 出一個(gè)比光源波長(zhǎng)短的光，稱(chēng)Anti. Mokes光。拉曼散射光就是由這兩種不同波長(zhǎng)的光組 成的，其波長(zhǎng)的偏移由光纖組成元素的固定屬性決定，因此拉曼散射光的強(qiáng)度與溫度有關(guān)， 其關(guān)系公式(8)和公式(9)所示。Stokes 光
Is κ [---+ιμ廣(8)
Anti—Stokes 光
權(quán)利要求
1.一種電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器，所述電流互感器包括套裝在待測(cè)線(xiàn)路上的 電流測(cè)量線(xiàn)圈和取能線(xiàn)圈，所述電流測(cè)量線(xiàn)圈依次連接積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊，所述第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光纖連接第一 0/E轉(zhuǎn)換模塊，所述第一 0/E轉(zhuǎn)換 模塊連接電流運(yùn)算模塊，所述電流運(yùn)算模塊連接同步控制模塊，所述同步控制模塊連接第 二 E/0轉(zhuǎn)換模塊，所述第二 E/0轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光纖連接第二 0/E轉(zhuǎn)換模塊，所述第二 0/E轉(zhuǎn) 換模塊連接所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，所述取能系線(xiàn)圈連接所述懸浮電源，所述懸浮電源連接所 述積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一 E/0轉(zhuǎn)換模塊；其特征在于所述光纖溫度補(bǔ)償器包 括半導(dǎo)體激光器和波分復(fù)用器，所述半導(dǎo)體激光器與所述波分復(fù)用器連接，所述波分復(fù)用 器與光纖連接，所述波分復(fù)用器的兩路后向散射光通道接口分別依次連接光電轉(zhuǎn)換器、放 大電路后于高速數(shù)據(jù)采集卡連接，所述高速數(shù)據(jù)采集卡與所述電流運(yùn)算模塊連接，所述電 流運(yùn)算模塊包括用以根據(jù)電流測(cè)量線(xiàn)圈信號(hào)計(jì)算電流測(cè)量值的電流測(cè)量子模塊，用以根據(jù) 光纖測(cè)溫計(jì)算溫度的溫度測(cè)量子模塊，以及用以根據(jù)光纖測(cè)溫原理得到實(shí)時(shí)的溫度值，依 照溫度與補(bǔ)償系數(shù)對(duì)應(yīng)表，查表得到補(bǔ)償系數(shù)，將補(bǔ)償系數(shù)與電流值做乘積得到補(bǔ)償后的 電流值的溫度補(bǔ)償子模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器，其特征在于在所述溫度 補(bǔ)償子模塊中，如果溫度值屬于補(bǔ)償系數(shù)表中的點(diǎn)值，則選取對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)；如果溫度值 屬于償系數(shù)表中兩個(gè)相鄰的點(diǎn)值之間，則采用插值法確定補(bǔ)償系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器，其特征在于所述波 分復(fù)用器為拉曼散射用波分復(fù)用器，所述半導(dǎo)體激光器為脈沖激光器。
全文摘要
一種電子式電流互感器光纖溫度補(bǔ)償器，電流互感器包括套裝在待測(cè)線(xiàn)路上的電流測(cè)量線(xiàn)圈和取能線(xiàn)圈，電流測(cè)量線(xiàn)圈依次連接積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一E/O轉(zhuǎn)換模塊，第一E/O轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)光纖連接第一O/E轉(zhuǎn)換模塊，第一O/E轉(zhuǎn)換模塊連接電流運(yùn)算模塊，電流運(yùn)算模塊連接同步控制模塊，取能系線(xiàn)圈連接懸浮電源，懸浮電源連接積分放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和第一E/O轉(zhuǎn)換模塊；半導(dǎo)體激光器與波分復(fù)用器連接，波分復(fù)用器與光纖連接，波分復(fù)用器的兩路后向散射光通道接口分別依次連接光電轉(zhuǎn)換器、放大電路后于高速數(shù)據(jù)采集卡連接，高速數(shù)據(jù)采集卡與電流運(yùn)算模塊連接。本發(fā)明能有效測(cè)量溫度并對(duì)測(cè)量電流值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01R15/18GK102072980SQ20101056170
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者鄭慧, 陳明軍, 陳繼煌, 黃飛騰 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)