本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)高壓技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)電力電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的基于電力電子器件的換流裝置開始應(yīng)用于交直流輸電系統(tǒng)，例如直流斷路器、統(tǒng)一潮流控制器、高壓直流/直流變換器等，在實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)常對(duì)這些高壓設(shè)備的內(nèi)部支路電流進(jìn)行測量。

基于法拉第磁光效應(yīng)、電光效應(yīng)的全光纖電流傳感器又被稱為純光電流互感器，作為新型電子式電流互感器，由于其精度高、量程大、響應(yīng)快、頻帶寬、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好等優(yōu)勢，逐漸被應(yīng)用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)化變電站、高壓直流輸電、高鐵和船舶等領(lǐng)域。柔性直流輸電對(duì)電流傳感器的延時(shí)、帶寬和精度要求較高，全光纖電流傳感器能夠同時(shí)測量電流的交直流分量，延時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它類型電流傳感器。全光纖電流傳感器應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)中時(shí)，優(yōu)勢發(fā)揮得更為明顯。

全光纖電流傳感器雖然相對(duì)于其它類型的電流傳感器體積較小，但應(yīng)用在高壓場合時(shí)，也是應(yīng)用在高壓設(shè)備的閥塔外部，采用支撐或懸吊獨(dú)立安裝，通過支撐絕緣子或者懸吊絕緣子保障絕緣和機(jī)械性能。中國專利cn105067875a公開了一種全光纖電流互感器，包括通過光纖連接的高壓側(cè)的一次傳感單元部分和低壓側(cè)的二次采集機(jī)箱部分，所述一次傳感單元部分采集高壓側(cè)的電流并將所述電流通過所述光纖傳輸給所述二次采集機(jī)箱部分；所述光纖安裝在可折疊的分段式復(fù)合絕緣子內(nèi)?？捎糜谀妇€周圍，但不能應(yīng)用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量支路電流。

目前常規(guī)的全光纖電流傳感器在高壓場合應(yīng)用時(shí)一般有兩種絕緣方案。一種是獨(dú)立絕緣子安裝，將緊套保偏光纖密封在絕緣子內(nèi)部，利用絕緣子實(shí)現(xiàn)高壓端與地電位間的絕緣；針對(duì)高壓設(shè)備內(nèi)部支路電流的測量需求，由于會(huì)破壞高壓設(shè)備原有的絕緣設(shè)計(jì)，高壓設(shè)備內(nèi)部不能直接插入絕緣子，因此不能使用該絕緣子方案。另一種是將全光纖互感器的敏感環(huán)安裝在高壓套管的地電位外殼上，利用套管保障絕緣，由于敏感環(huán)處于地電位，因此可以使用普通松套光纖。而普通松套光纖是在緊套保偏光纖外面增加一層外護(hù)套，中間放入芳綸來提高機(jī)械性能，同時(shí)中間會(huì)有空氣。如果在高壓設(shè)備內(nèi)部直接使用普通松套光纖，由于光纖內(nèi)部有空氣，外護(hù)套透氣性不好，隨著外部環(huán)境溫度的變化，光纖內(nèi)部空氣中的水汽凝結(jié)聚集會(huì)破壞光纖的絕緣性能。另外，在高壓設(shè)備上應(yīng)用的通信光纖，采用粗緊套光纖(直徑2mm以上)，由于中間沒有空氣，雖然解決了高壓絕緣和機(jī)械強(qiáng)度問題，但由于保偏光纖對(duì)應(yīng)力比較敏感，因此使用粗緊套光纖不能保證有效測量也不能使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中通過全光纖電流傳感器測量高壓設(shè)備內(nèi)部電流時(shí)難以同時(shí)兼顧有效測量、高壓絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度的缺陷。

本發(fā)明提供一種用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器，包括：

傳感單元，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，用于采集所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；

光纖，包括第一高壓段光纖和第二高壓段光纖，用于傳輸所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；所述第一高壓段光纖，與所述傳感單元連接并設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，所述第一高壓段光纖的外部設(shè)置有螺旋管；所述第二高壓段光纖，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部并分段固定于光纖槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述傳感單元包括敏感環(huán)，所述高壓設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)體穿過所述敏感環(huán)以傳輸所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)。

優(yōu)選地，所述光纖為緊套保偏光纖。

優(yōu)選地，所述緊套保偏光纖的直徑范圍為800微米至1200微米。

優(yōu)選地，所述第二高壓段光纖的外部設(shè)置有絕緣波紋管。

優(yōu)選地，所述光纖還包括第一地電位段光纖和第二地電位段光纖；所述第一地電位段光纖的外部設(shè)置有金屬護(hù)套，所述第二地電位段光纖的外部設(shè)置有管狀防護(hù)物。

優(yōu)選地，所述第一地電位段光纖和所述第二地電位段光纖之間設(shè)置有光纖熔接盒。

優(yōu)選地，所述第二地電位段光纖與電子單元連接。

優(yōu)選地，所述電子單元包括合并單元。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供一種用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器，包括：傳感單元，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，用于采集所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；光纖，包括第一高壓段光纖和第二高壓段光纖，用于傳輸所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；所述第一高壓段光纖，與所述傳感單元連接并設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，所述第一高壓段光纖的外部設(shè)置有螺旋管；所述第二高壓段光纖，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部并分段固定于光纖槽內(nèi)。該全光纖電流傳感器，適用于高壓領(lǐng)域，可安裝到柔性直流輸電的直流換流閥或高壓直流斷路器等高壓設(shè)備的閥塔內(nèi)部，用于對(duì)高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流進(jìn)行測量，相較于專利cn105067875a，本發(fā)明提供的全光纖電流傳感器安裝在高壓設(shè)備閥塔內(nèi)部，能夠?qū)Ω邏涸O(shè)備內(nèi)部支路電流進(jìn)行測量，不僅保證了電流的有效測量，又不破壞高壓設(shè)備的絕緣性能，并且不使用絕緣子來保障絕緣和機(jī)械強(qiáng)度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器的示意圖；

圖2為一種緊套保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所示的全光纖電流傳感器用于混合式直流斷路器的示意圖。

附圖標(biāo)記：

1-敏感環(huán)；2-光纖；3-螺旋管；4-分段固定點(diǎn)；5-光纖槽；6-絕緣波紋管；7-高壓設(shè)備；8-地溝；9-金屬波紋管或其它管狀防護(hù)物；10-光纖熔接盒；11-不需要考慮絕緣的護(hù)套；12-電子單元；13-高壓段；14-地電位段；18-內(nèi)涂覆層；19-外涂層；

15-混合式直流斷路器的支路1；16-混合式直流斷路器的支路2；17-混合式直流斷路器的支路3；20-全光纖電流傳感器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

本實(shí)施例提供一種用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器，如圖1所示。在高壓段13和地電位段14之間以及高壓段13和地電位段14的內(nèi)部設(shè)置有全光纖電流傳感器。全光纖電流傳感器主要包括傳感單元和光纖2。所述傳感單元，設(shè)置在高壓設(shè)備7的內(nèi)部，用于采集高壓設(shè)備7內(nèi)部的支路電流信號(hào)。具體地，所述傳感單元包括敏感環(huán)1，高壓設(shè)備7內(nèi)部承載電流的導(dǎo)體穿過敏感環(huán)1以傳輸高壓設(shè)備7內(nèi)部的支路電流信號(hào)。敏感環(huán)1通過光纖2連接到電子單元12。敏感環(huán)1可與導(dǎo)體等電位連接，也可相對(duì)絕緣。在高壓段13的高壓設(shè)備7可以是柔性直流輸電換流閥、高壓直流斷路器的閥塔等。

在高壓段13，光纖2需進(jìn)入高壓設(shè)備7的閥塔內(nèi)部，周圍有時(shí)或一直存在高壓，因此，在高壓段13的光纖2對(duì)絕緣有較高要求。在高壓段13的光纖2包括第一高壓段光纖和第二高壓段光纖，用于傳輸高壓設(shè)備7內(nèi)部的支路電流信號(hào)。所述第一高壓段光纖，即閥塔內(nèi)部段光纖，與所述傳感單元連接并設(shè)置在高壓設(shè)備7的內(nèi)部，所述第一高壓段光纖的外部設(shè)置有螺旋管3，所述第一高壓段光纖用螺旋管3纏繞，并固定在閥塔結(jié)構(gòu)件、銅排或管母上。所述第二高壓段光纖，即光纖槽內(nèi)部段光纖，設(shè)置在高壓設(shè)備7的內(nèi)部的邊緣，并分段固定于光纖槽5內(nèi)。具體地，所述第二高壓段光纖的外部設(shè)置有絕緣波紋管6。所述第二高壓段光纖首先用可耐高壓的絕緣波紋管6保護(hù)再分段固定在光纖槽5上，也可不要絕緣波紋管的保護(hù)，直接固定在光纖槽5上。所述第二高壓段光纖從高壓設(shè)備7的內(nèi)部至地電位段14，對(duì)其分別設(shè)置有多個(gè)分段固定點(diǎn)4，通過分段固定保證了光纖的機(jī)械強(qiáng)度。在高壓段13通過螺旋管3和絕緣波紋管6對(duì)光纖進(jìn)行防護(hù)，由于螺旋管和絕緣波紋管的透氣性好，不會(huì)造成水汽的凝結(jié)，因而不會(huì)影響絕緣。相較于現(xiàn)有技術(shù)的普通松套光纖，隨著外部環(huán)境溫度的變化，不會(huì)破壞光纖的絕緣性能。

具體地，光纖2為緊套保偏光纖，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。光纖2的內(nèi)涂覆層18可采用丙烯酸酯等，外涂層19可采用乙烯四氟乙烯聚合物等。為保證緊套保偏光纖的光纖性能，緊套保偏光纖的直徑較小，所述緊套保偏光纖的直徑范圍為800微米至1200微米。在高壓設(shè)備中使用細(xì)緊套保偏光纖，為保證其耐拉力和壓力、彎折等機(jī)械性能，需要對(duì)細(xì)光纖進(jìn)行分段固定，降低對(duì)光纖的拉力，同時(shí)高壓設(shè)備內(nèi)部使用細(xì)緊套保偏光纖能夠使光纖的光學(xué)性能不受影響。相較于現(xiàn)有技術(shù)的粗緊套光纖，克服對(duì)應(yīng)力比較敏感的問題，從而保證機(jī)械強(qiáng)度。

本發(fā)明提供的用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流傳感器，包括：傳感單元，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，用于采集所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；光纖，包括第一高壓段光纖和第二高壓段光纖，用于傳輸所述高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流信號(hào)；所述第一高壓段光纖，與所述傳感單元連接并設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部，所述第一高壓段光纖的外部設(shè)置有螺旋管；所述第二高壓段光纖，設(shè)置在所述高壓設(shè)備的內(nèi)部并分段固定于光纖槽內(nèi)。該全光纖電流傳感器，適用于高壓領(lǐng)域，可安裝到柔性直流輸電的直流換流閥或高壓直流斷路器等高壓設(shè)備的閥塔內(nèi)部，用于對(duì)高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流進(jìn)行測量，相較于專利cn105067875a，本發(fā)明提供的全光纖電流傳感器安裝在高壓設(shè)備閥塔內(nèi)部，能夠?qū)Ω邏涸O(shè)備內(nèi)部支路電流進(jìn)行測量，不僅保證了電流的有效測量，又不破壞高壓設(shè)備的絕緣性能，并且不使用絕緣子來保障絕緣和機(jī)械強(qiáng)度。

作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，光纖2在地電位段14還包括第一地電位段光纖和第二地電位段光纖。所述第一地電位段光纖，設(shè)置在地溝8內(nèi)，其外部設(shè)置有金屬波紋管或其它管狀防護(hù)物9。所述第一地電位段光纖和所述第二地電位段光纖之間設(shè)置有光纖熔接盒10。所述第二地電位段光纖由光纖熔接盒10接出，與電子單元12連接。所述第二地電位段光纖的外部設(shè)置有不需要考慮絕緣的護(hù)套11，如管狀防護(hù)物等。

具體地，緊套保偏光纖2順著光纖槽5由高壓段13向地電位段14敷設(shè)，進(jìn)入地電位段14后，緊套保偏光纖2在地電位段14沒有絕緣要求。地電位段內(nèi)如果有經(jīng)過光纖槽5的部分，與高壓段13的敷設(shè)方式相同。進(jìn)入地電位段14，光纖2應(yīng)就近接入光纖熔接盒10改變光纖的防護(hù)形式，改用帶有不考慮絕緣的護(hù)套(如帶金屬的護(hù)套)。如果緊套保偏光纖2從光纖槽5中出來后需要穿過地溝8，則可在地溝8中用金屬波紋管或其它管狀防護(hù)物9進(jìn)行防護(hù)。在地電位段14，細(xì)緊套光纖2在光纖熔接盒10處改變防護(hù)。在細(xì)緊套光纖2進(jìn)入光纖熔接盒10之前，由于不需要考慮絕緣問題，使用金屬波紋管或其它管狀防護(hù)物9等不需要考慮絕緣但機(jī)械性能很好的護(hù)套，有效防止光纖劃傷。

優(yōu)選地，電子單元12還包括合并單元。如果電流傳感器的路數(shù)較多，電子單元12可再通過合并單元進(jìn)行電流信號(hào)的合并。

作為一個(gè)具體的實(shí)施方式，本發(fā)明的用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流互感器還可應(yīng)用于混合式高壓直流斷路器中。圖3所示為該全光纖電流互感器用于混合式直流斷路器的簡化拓?fù)涫疽鈭D。混合式高壓直流斷路器通常有三個(gè)及以上支路，為減小占地面積，通常采用集中式設(shè)計(jì)，各支路布置于同一閥塔內(nèi)，為測量各支路電流，可按照?qǐng)D3所示的方式布置本發(fā)明的用于高壓設(shè)備內(nèi)部測量的全光纖電流互感器20。其中，混合式直流斷路器的支路1、混合式直流斷路器的支路2和混合式直流斷路器的支路3分別如圖3中15、16和17所示，分別在三個(gè)支路的一端及并聯(lián)端設(shè)置全光纖電流互感器20，以測量混合式高壓直流斷路器內(nèi)部的各支路電流。

本發(fā)明提供的全光纖電流傳感器用于測量高壓設(shè)備內(nèi)部的支路電流，全光纖電流傳感器各部件不僅滿足對(duì)應(yīng)力和機(jī)械強(qiáng)度等的要求，而且滿足設(shè)備的高壓絕緣要求。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。