專利名稱：一種柔性光學電流互感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種互感器，尤其是涉及一種柔性光學電流互感器。
背景技術：
柔性安裝方式是光學互感器獨有的一種安裝方式，充分利用了傳感光纖柔軟可靈活彎曲的特點，具有安裝靈活、維護簡便、適應性強、無需考慮絕緣等優(yōu)點，傳感光纖環(huán)便于安裝在任何導體的周圍，方便在系統(tǒng)中臨時或永久增加測量點，同時可以在變電站運行時隨時進行安裝，無需被測線路停電，尤其適用于變電站改造等工程。
但根據調研，目前世界上只有加拿大的Nxtphase公司研制出相關產品并在工程用得以應用，國內的類似產品尚未研發(fā)出來，也未見工程應用的報道。為適應電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，打破國外產品的技術壟斷，保證我國電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，研發(fā)國內的柔性光學電流互感器意義重大。
一直以來限制光學電流互感的最重要因素是溫度變化、振動、應力等環(huán)境因素對傳感光纖的傳感精度和穩(wěn)定性會產生較大影響，這主要是由于:
1、傳感光纖環(huán)中存在的線性雙折射會對系統(tǒng)探測電流信息產生干擾；
2、λ/4波片的相位延遲的變化，會造成互感器的比例因子的變化，而影響互感器的精度和穩(wěn)定性；
3、光纖纏繞的骨架會對光纖環(huán)產生影響，同時骨架的振動和熱脹冷縮等效應也會影響互感器測量。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種安裝方式靈活、抗干擾能力強、無需絕緣、穩(wěn)定性高、較好地滿足了智能化變電站建設的需求的柔性光學電流互感器。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
一種柔性光學電流互感器，其特征在于，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。
所述的采集單元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調制器、光探測器以及解調電路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調制器、解調電路、光探測器依次連接，所述的光探測器與耦合器連接，所述的相位調制器與傳輸光纖連接。
所述的傳輸光纖為鎧裝光纜。
所述的光纖電流傳感環(huán)輸出端口設有波片和反射鏡。
所述的波片為I波片。4
所述的光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應感應一次電流產生的磁場，輸出光信號通過傳輸光纖連接到采集單元。所述的采集單元對接收的光信號進行運算得到一次電流。所述的光纖電流傳感環(huán)以光纜形式纏繞，光纜內灌充油質物，傳感光纖浸泡在油質內，所述的傳感光纖采用低雙折射光纖。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明采用反射式Sagnac干涉儀結構的柔性光學電流互感器，通過一個反射鏡實現(xiàn)互易結構，可以使兩束正交偏振光反射后經過原路徑返回，是全對稱光路，可以降低溫度、振動、應力等對光路的影響，使得光路穩(wěn)定性提高，受環(huán)境變化的影響更小，保證了光學電流互感器具有良好的穩(wěn)定性和溫度特性。2、本發(fā)明選擇低雙折射光纖作為傳感光纖，低雙折射光纖本身一致性好、線性雙折射小，受溫度影響較小。3、本發(fā)明中傳感光纖環(huán)以光纜形式纏繞，光纜內灌充油質物，傳感光纖浸泡在油質內，可均勻分散光纜受 到的應力、振動、油質熱脹冷縮等影響，也可有效杜絕其它安裝方式中因纏繞骨架造成的應力、振動等影響，提高互感器穩(wěn)定性。
圖1為本發(fā)明的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示，一種柔性光學電流互感器，包括光纖電流傳感環(huán)1、傳輸光纖4以及采集單元5，所述的光纖電流傳感環(huán)I纏繞在被測一次導體6外圍，所述的傳輸光纖4 一端連接光纖電流傳感環(huán)1，另一端連接采集單元5。所述的米集單兀5包括光源51、稱合器52、起偏器53、偏振分光棱鏡54、相位調制器55、光探測器57以及解調電路56，所述的光源51、耦合器52、起偏器53、偏振分光棱鏡54、相位調制器55、解調電路56、光探測器57依次連接，所述的光探測器57與耦合器52連接，所述的相位調制器55與傳輸光纖4連接。所述的傳輸光纖4為銷裝光纜。所述的光纖電流傳感環(huán)I輸出端口設有波片3和
反射鏡2。所述的波片3為4波片。
4工作原理是光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應感應一次電流產生的磁場；輸出信號通過傳輸光纖連接到采集單元，傳輸光纖將采集單元發(fā)出的光信號輸送到光纖電流傳感環(huán)端，同時將電流傳感環(huán)返回的信號送至采集單元進行處理；采集單元將光源產生的光信號發(fā)送至傳感器端，同時接收傳感器返回的攜帶一次電流信息的光信號，并對返回的光信號進行處理，計算出一次電流值，并將此一次電流發(fā)送至合并單元中進行各相同步，之后輸出至保護、測量、計量等裝置，也可直接與微機化測量及保護裝置接口。采集單元采用反射式光纖Sagnac干涉技術實現(xiàn)對光信號的測量，反射式光纖Sagnac干涉技術降低了傳感器受環(huán)境溫度、振動等因素干擾的影響，提高了傳感器精度。光源51輸出光經一退偏器退偏后,被稱合器將其50%的光能量稱合進起偏器,另外50%的光在f禹合器另一輸出端(非反射端)離開系統(tǒng)。起偏器輸出的線偏光經45°焊接點后，分成兩束線偏光，這兩束線偏光分別沿相位調制器的保偏尾纖的X和Y主軸振動。起偏器的輸出保偏尾纖和相位調制器的保偏尾纖的長度要能滿足一定條件以實現(xiàn)退偏功能。由信號發(fā)生器產生的調制信號加到相位調制器后可以調制傳輸光的相位。從相位調制器出來的光進入保偏光纖延遲線。保偏光纖延遲線的兩主軸和相位調制器的主軸一致，它有兩個作用:1、把與傳感光纖隔得很遠的光源、相位調制器輸出的光傳到傳感光纖，將傳感光纖和光源、探測器以及信號處理電子電路隔開。2、足夠長度的高雙折射光纖提供足夠時延，光在保偏光纖延遲線和傳感光纖中往返一次的這段時間內，加到相位調制器的調制波形剛好變化半個周期。保偏光纖延遲線出來的兩束偏振光分別沿其兩主軸振動，這兩束光經過一個45°
焊接點后，進入4波片，I波片和保偏光纖延遲線的主軸成45°，然后進入傳感光纖。4波 4 44
片的作用是把保偏光纖延遲線兩主軸出來的兩束正交線偏光轉換為圓偏光。4波片是一小
4
截長拍長的保偏光纖，其長度是1/4拍長的奇數(shù)倍。從.^波片出來的是兩旋向相反的圓偏光。振動方向沿保偏光纖延遲線X軸的光被
4波片轉換成右旋圓偏光，振動方向沿保偏光纖延遲線Y軸的光被！波片轉換成左旋圓偏.44
光。由于傳感光纖周圍存在電磁場，這兩束圓偏光以不同速度在傳感光纖中傳輸，累積的相
位差和施加到傳感光纖的磁場成正比。傳感光纖的末端連有一反射鏡。低雙折射傳感光纖
中傳輸?shù)膬墒鴪A偏光在遇到反射鏡后發(fā)生全反射，二者旋向改變。在反射后返回途中，原來
的右旋圓偏光變成左旋圓偏光，原來的左旋圓偏光變成右旋圓偏光。由于返回時兩圓偏光
的旋向和傳輸方向均改變，二者的累積相對相移加倍。這樣，總相移△ Φ =4VNI，其中V是
傳感光纖的Verdet常數(shù)，N是纏繞在電流導線周圍的傳感光纖的圈數(shù)，I是導線中的電流大小。兩束圓偏光在傳感光纖中傳輸一個來回并經4波片后，原來沿HiBi光纖延遲線X
4
軸振動的線偏光在返回時變?yōu)檠豀iBi光纖延遲線Y軸振動的線偏光，原來沿HiBi光纖延遲線Y軸振動的線偏光在返回時變?yōu)檠豀iBi光纖延遲線X軸振動的線偏光，這兩束線偏光再次通過相位調制器，經過45 °焊接點后，在起偏器處干涉。干涉后的光被耦合器分出一部分到達H)探測器。在光路中，兩束光以相反的順序經歷了相同的偏振變化。傳感光纖位于兩束光光程的中間，兩束光的唯一的相位差是由傳感區(qū)存在的磁場引起的。ro探測器探測到的是兩束光干涉后的光強，其中包含有二者的位相差信息，也就包含有磁場和電流的信息。在上述光學器件中光纖傳感環(huán)和I波片是光纖電流傳感器的主要部分，傳輸光纖
4從絕緣子中穿過，其它光 學器件則基本集中在采集單元中。
權利要求
1.一種柔性光學電流互感器，其特征在于，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。
2.根據權利要求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的采集單元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調制器、光探測器以及解調電路，所述的光源、耦合器、起偏器、偏振分光棱鏡、相位調制器、解調電路、光探測器依次連接，所述的光探測器與耦合器連接，所述的相位調制器與傳輸光纖連接。
3.根據權利要求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的傳輸光纖為鎧裝光纜。
4.根據權利要求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)輸出端口設有波片和反射鏡。
5.根據權利要求4所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的波片為波片。4
6.根據權利要求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)利用偏振光在光纖中的Faraday磁光效應感應一次電流產生的磁場，輸出光信號通過傳輸光纖連接到采集單元。
7.根據權利要求6所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的采集單元對接收的光信號進行運算得到一次電流。
8.根據權利要求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的光纖電流傳感環(huán)以光纜形式纏繞,光纜內灌充油質物,傳感光纖浸泡在油質內。
9.根據權利要 求1所述的一種柔性光學電流互感器，其特征在于，所述的傳感光纖采用低雙折射光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性光學電流互感器，包括光纖電流傳感環(huán)、傳輸光纖以及采集單元，所述的光纖電流傳感環(huán)纏繞在被測一次導體外圍，所述的傳輸光纖一端連接光纖電流傳感環(huán)，另一端連接采集單元。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明安裝方式靈活、抗干擾能力強、無需絕緣、穩(wěn)定性高，較好地滿足了智能化變電站建設的需求。
文檔編號G01R15/24GK103235167SQ20131010553
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者房嶺鋒, 馬駿, 胡松軍, 陳文升, 呂偉強, 王又佳 申請人:國家電網公司, 上海市電力公司