单传感双采样全光纤电流互感器及其工作方法技术

本发明专利技术提供了一种单传感双采样全光纤电流互感器，主要包括光纤传感系统和数据处理系统，其中，所述光纤传感系统主要包含光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈、反射镜和光电探测器，所述数据处理系统主要由两套数据处理单元组成，每套所述数据处理单元均包括模数转换模块、中央处理单元、数模转换模块、输出模块和相位调制器；本发明专利技术的单传感双采样全光纤电流互感器及其性能优化与可靠性提升的工作方法，对已有全光纤电流互感器的结构进行优化，突破“单传感、多采样”的关键技术，实现测量用与保护用的同步运行，提高运行稳定性，并降低其工程制造成本，有效保障了电力系统供配电的连续性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
单传感双采样全光纤电流互感器及其工作方法
本专利技术涉及一种智能变电站用无源电子式电流互感器，特别是涉及了一种基于单传感双采样技术的全光纤电流互感器及其性能优化与可靠性提升的工作方法。
技术介绍
目前电力系统中广泛采用的是电磁式电流互感器。它的结构类似于变压器，一次绕组串联在被测电流线路中，二次绕组与电流测量设备或继电保护设备串联，一二次侧绕组绕在同一铁芯上，通过铁芯的磁耦合实现一次二次侧之间电流的转换。一二次侧绕组之间以及绕组与铁芯之间要采取一定的绝缘措施，以保证一次侧与二次侧之间的电气隔离。根据应用场合以及被测电流大小的不同，通过合理改变一二次侧绕组匝数比可以将一次侧电流值按比例变换成标准的1A或5A电流值，用于驱动二次侧电器设备或供测量仪表使用。但随着电力系统电压等级的升高以及传输容量的增大，传统的电磁式电流互感器也面临着诸多问题：1、绝缘结构复杂、尺寸大、造价高。随着电压等级的提高，采用了油纸绝缘和气体绝缘的方式；在超高压电网中，采用了串级绝缘的方法。由此可见，随着电压等级的提高，电磁式电流互感器的绝缘结构越来越复杂，制造上越来越不方便，造价也越来越高。2、测量准确度无法满足。随着电力系统传输容量的增大，传输电流以及电流的动态范围不断增大，由于磁饱和及磁滞问题造成的电磁式电流互感器测量动态范围小、频率响应范围窄和测量精度不高等问题显得日益突出。3、设备安装、检修不方便，维护工作量大。由于电磁式电流互感器的体积庞大，重量较重，运输安装极为不便，在正常运行时需要绝缘支架支撑，相应的给维修也带来了不方便。4、存在潜在的危险。电磁式电流互感器的一二次之间靠电磁变换原理实现能量传递，因此一二次之间总是存在着电磁联系。如果某种原因导致二次侧出现开路时，一次侧大电流完全成为励磁电流，就会在二次侧感应出高电压，危及人身与设备的安全。5、存在电磁干扰的问题。在高压环境中，电磁式电流互感器的电流信号通过导线传输时将受到严重的电磁干扰，影响测量准确度。因此，传统的电磁式电流互感器已经很难满足电力系统的发展要求，研究新型的电流互感器势在必行。随着光电子技术的日益成熟，电子式电流互感器逐渐成为现代电力行业所需求的新型电流互感器的重要方向。电子式电流互感器作为智能变电站建设的关键设备之一，具有举足轻重的地位。电子式电流互感器具有动态范围大、频率响应宽、体积小、质量轻等优点，并且在110(66)kV及以上系统中广泛采用的数字式输出，可以方便的进行智能化、自动化控制，是智能变电站建设发展的必然趋势。在应用过程中，电子式电流互感器出现了很多的问题，包括隔离开关开合时导致保护误动、模块功能失灵等各种各样的问题，主要类型为绝缘问题、光纤故障、传感器故障、采集器故障、电磁干扰影响和合并单元故障等问题，这些问题的出现，主要是因为电子式电流互感器在设计和应用时没有考虑到现场复杂的应用情况以及设计人员对产品的高压方面的性能考虑不足。目前应用的电子式电流互感器从测量技术上分为有源电子式电流互感器和无源电子式电流互感器。前者利用空心线圈的电磁感应原理感应一次侧电流，然后将信号进行电光转换后使用光纤传输信号，所以高压侧需要提供能量给电光转换电路；后者则利用偏振光在磁场中的旋光效应，因此在高压侧无需能量供应，成为电子式电流互感器发展的主流方向。特别是全光纤电流互感器，目前电力部门对全光纤电流传感器需求和使用量较大，但缺少长时间的运行经验，在实际运用阶段全光纤电流互感器的结构由于无法实现单光纤传感器双A/D采样技术，要形成双A/D备份，就需要用两个光纤传感器进行备份，这样就造成了无源电子式互感器的使用成本高，影响无源电子式电流互感器的推广应用。综上所述，尽管国内外有越来越多的新型电流互感器投入使用或进行现场试运行，但要完全满足电力系统关于可靠性、精度和测量范围的要求，还有许多方面需要进一步研究和改进。因此，本专利技术通过对无源电子式电流互感器结构优化设计研究，在保证无源电子式电流互感器稳定性的基础上，对其结构进行优化，降低其成本，以利于无源电子式电流互感器的推广和应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种基于单传感双采样技术的全光纤电流互感器及其性能优化与可靠性提升的工作方法，对已有全光纤电流互感器的结构进行优化，突破“单传感、多采样”的关键技术，实现测量用与保护用的同步运行，提高运行稳定性，并降低其工程制造成本，有效保障了电力系统供配电的连续性和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种单传感双采样全光纤电流互感器，主要包括光纤传感系统和数据处理系统，其中，所述光纤传感系统主要包含光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈、反射镜和光电探测器，所述数据处理系统主要由两套数据处理单元组成，每套所述数据处理单元均包括模数转换模块、中央处理单元、数模转换模块、输出模块和相位调制器；其中，所述光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、第一相位调制器、第二相位调制器、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈和反射镜依次设置形成光通路；所述耦合器还与光电探测器的输入端相连；所述光电探测器输出端分别与第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端之间形成信号通路；所述第一模数转换模块、第一中央处理单元、第一数模转换模块和第一相位调制器依次设置形成信号通路；所述第二模数转换模块、第二中央处理单元、第二数模转换模块和第二相位调制器依次设置形成信号通路；第一中央处理单元还与第一输出模块之间形成信号通路；第二中央处理单元还与第二输出模块形成信号通路。进一步的，在所述光电探测器输出端与第一模数转换模块和第二模数转换模块之间设置有一进二出的信号隔离器，以将光电探测器输出的电信号分成两部分分别传输给第一模数转换模块和第二模数转换模块。进一步的，所述两套数据处理单元还分别具有第一数据采集模块和第二数据采集模块。进一步的，所述光源采用超辐射发光二极管。进一步的，所述光电探测器为PIN光电二极管。进一步的，所述45°熔接点，是将光源输出光经过光纤起偏器起偏，生成一束线偏振光，作为制作λ/4波片时用于监测的信号光，然后将传输光纤与玻片光纤分别放入两个光纤夹具中，采用半自动熔接方式在延迟光纤熔接机里初步对准，波片光纤的另一端则接入偏振分析仪，对传输光的偏振消光比(PER)和偏振度(DOP)进行实时检测，通过调节熔接机的马达，并且手动旋转波片光纤，当传输光的PER达到最小值且DOP达到最大值时，进行放电熔接以精确实现45°熔接。进一步的，所述λ/4波片，是将波片输入端光纤、45°熔接点与波片光纤组成的光纤段在不松开光纤夹具的状态下从熔接机中取出，以光纤夹具的外沿为起点，用游标卡尺在夹具上量好所需的1/4拍长长度，再以夹具外沿为准，将光纤段在夹具上整体向波片输入端光纤的方向移动所量长度，然后将夹具夹持住的光纤段放入光纤切割刀中，以将所需截取长度的切割点精确的放置于刀片正上方，切割后的新光纤段就包含有波片输入端光纤、45°熔接点和仅剩1/4拍长长度的波片光纤。本专利技术还提出了一种上述单传感双采样全光纤电流互感器的工作方法，主要包括，1)将光源发出的光经耦合器进入起偏器，得到的线偏振光经过45°熔接点后分为偏振方向互相垂直的两束线偏振光，沿着延迟光纤的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：主要包括光纤传感系统和数据处理系统，其中，所述光纤传感系统主要包含光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈、反射镜和光电探测器，所述数据处理系统主要由两套数据处理单元组成，每套所述数据处理单元均包括模数转换模块、中央处理单元、数模转换模块、输出模块和相位调制器；其中，所述光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、第一相位调制器、第二相位调制器、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈和反射镜依次设置形成光通路；所述耦合器还与光电探测器的输入端相连；所述光电探测器输出端分别与第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端之间形成信号通路；所述第一模数转换模块、第一中央处理单元、第一数模转换模块和第一相位调制器依次设置形成信号通路；所述第二模数转换模块、第二中央处理单元、第二数模转换模块和第二相位调制器依次设置形成信号通路；第一中央处理单元还与第一输出模块之间形成信号通路；第二中央处理单元还与第二输出模块形成信号通路。

【技术特征摘要】
1.一种单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：主要包括光纤传感系统和数据处理系统，其中，所述光纤传感系统主要包含光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈、反射镜和光电探测器，所述数据处理系统主要由两套数据处理单元组成，每套所述数据处理单元均包括模数转换模块、中央处理单元、数模转换模块、输出模块和相位调制器；其中，所述光源、耦合器、起偏器、45°熔接点、第一相位调制器、第二相位调制器、延迟光纤、1/4波片、光纤线圈和反射镜依次设置形成光通路；所述耦合器还与光电探测器的输入端相连；所述光电探测器输出端分别与第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端之间形成信号通路；所述第一模数转换模块、第一中央处理单元、第一数模转换模块和第一相位调制器依次设置形成信号通路；所述第二模数转换模块、第二中央处理单元、第二数模转换模块和第二相位调制器依次设置形成信号通路；第一中央处理单元还与第一输出模块之间形成信号通路；第二中央处理单元还与第二输出模块形成信号通路。2.根据权利要求1所述的单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：在所述光电探测器输出端与第一模数转换模块和第二模数转换模块之间设置有一进二出的信号隔离器，以将光电探测器输出的电信号分成两部分分别传输给第一模数转换模块和第二模数转换模块。3.根据权利要求1所述的单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：所述两套数据处理单元还分别具有第一数据采集模块和第二数据采集模块。4.根据权利要求1所述的单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：述光源采用超辐射发光二极管。5.根据权利要求1所述的单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：所述光电探测器为PIN光电二极管。6.根据权利要求1所述的单传感双采样全光纤电流互感器，其特征在于：所述45°熔接点，是将光源输出光经过光纤起偏器起偏，生成一束线偏振光，作为制作λ/4波片时用于监测的信号光，然后将传输光纤与玻片光纤分别放入两个光纤夹具中，采用半自动熔接方式在延迟光纤熔接机里初步对准，波片光纤的另一端则接入偏振分析仪，对传输光的偏振消光比(PER)和偏振度(DOP)进行实时检测，通过调节熔接机的马达，并且手动旋转波片光纤，当传输光的PER达到最小值且DOP达到最大值时，进行放电熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王谦，陆宇航，刘勇，赵雪骞，周恺，李春生，秦欢，张祎果，钱梦迪，蔡瀛淼，杨博，叶宽，
申请(专利权)人：刘勇，
类型：发明
国别省市：天津,12