横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，属于电力系统高电压测量技术领域。采用一块正方形BGO晶体，并置于地电极上，在BGO晶体上方附加某种绝缘介质，两个直角反射棱镜将光导入及导出。附加的绝缘介质不具有电光效应，通过调整BGO晶体和绝缘介质的长度比例关系，能使两者的介电常数温度系数与BGO晶体的电光效应温度系数相互抵消。能够抵消温漂对电光晶体的影响，提高测量准确度，且结构简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法
本专利技术涉及电力系统高电压测量
，特别涉及一种横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法。
技术介绍
光学电压互感器具有无铁芯饱和、绝缘强度高、抗干扰能力强、安全和数字输出等优点，适合电力系统数字化、智能化的发展需求。根据调制方式的不同，光学电压互感器可分为横向调制和纵向调制两种模式。横向调制中电光晶体的半波电压可调，电极结构简单、紧凑、易于安装。目前光学电压互感器多以BGO(Bi4Ge3O12)晶体作为电压敏感材料，其性能受温度的影响很大，具体表现为：1)电光晶体自身的温漂：以BGO(Bi4Ge3O12)为例，其电光效应温度系数为1.54×10-4/℃，在-40℃～70℃互感器的工作范围内，温漂引入的额外误差为1.69％；2)电光晶体的附加相位延迟：目前使用的BGO多为人工合成，晶体内存在线性双折射和圆双折射，温度变化导致附加相位延迟，引入测量误差。目前提出的温度补偿方法包括双晶体法、双光路法、自愈式光学电压互感器等，但都难以满足高准确度的测量要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术能够抵消温漂对电光晶体的影响，提高测量准确度，且结构简单，易于实现。传感系统采用一块正方体状BGO晶体，并置于地电极上，在BGO晶体上方附加绝缘介质，两个直角反射棱镜将光导入及导出。其中附加的绝缘介质不具有电光效应，通过调整BGO晶体和绝缘介质的长度比例关系，能使两者的介电常数温度系数之和与BGO晶体的电光效应温度系数相互抵消，从而消除温漂的影响。此外，附加的绝缘介质能够避免BGO晶体与SF6绝缘气体的直接接触，平缓因BGO和SF6的介电常数差别过大而引起的电场畸变，从而改善BGO晶体的内电场分布，提高了测量的准确度和稳定性。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，正方体状BGO晶体7置于地电极8上，在BGO晶体7上方附加绝缘介质4，第一反射直角棱镜5、第二反射直角棱镜6分别置于BGO晶体7的两侧，第一反射直角棱镜5、第二反射直角棱镜6将光导入及导出；绝缘树脂支架3的一端固定在地电极8上，另一端与高压电极1相连，绝缘树脂支架3内填充SF6绝缘气体2；通过调整BGO晶体7和绝缘介质4的长度比例关系，使BGO晶体7和绝缘介质4的介电常数温度系数之和与BGO晶体7的电光效应温度系数相互抵消，从而消除温漂的影响。所述的绝缘介质4不具有电光效应。调整BGO晶体7和绝缘介质4的厚度，消除温度对BGO晶体7电光效应的影响。本专利技术的有益效果在于：通过在BGO晶体上附加绝缘介质，并调整BGO晶体和绝缘介质的长度比例关系，能够消除温漂对测量的影响，并改善BGO晶体的内电场分布，提高了测量的准确度和稳定性。这一方法结构简单，易于实现，且效果显著。附图说明附图说明用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的原理示意图；图2、图3为本专利技术的实施例示意图。图中：1、高压电极；2、SF6绝缘气体；3、绝缘树脂支架；4、绝缘介质；5、第一反射直角棱镜；6、第二反射直角棱镜；7、BGO晶体；8、地电极。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图3所示，本专利技术的横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，采用一块正方形BGO晶体，并置于地电极上，在BGO晶体上方附加某种绝缘介质，两个直角反射棱镜将光导入及导出。附加的绝缘介质不具有电光效应，通过调整BGO晶体和绝缘介质的长度比例关系，能使两者的介电常数温度系数与BGO晶体的电光效应温度系数相互抵消。能够抵消温漂对电光晶体的影响，提高测量准确度，且结构简单，易于实现。包括高压电极1、SF6绝缘气体2、绝缘树脂支架3、绝缘介质4、第一反射直角棱镜5、第二反射直角棱镜6、BGO晶体7、地电极8，所述正方体状BGO晶体7置于地电极8上，在BGO晶体7上方附加绝缘介质4，第一反射直角棱镜5、第二反射直角棱镜6分别置于BGO晶体7的两侧，第一反射直角棱镜5、第二反射直角棱镜6将光导入及导出；绝缘树脂支架3的一端固定在地电极8上，另一端与高压电极1相连，绝缘树脂支架3内填充SF6绝缘气体2；通过调整BGO晶体7和绝缘介质4的长度比例关系，使BGO晶体7和绝缘介质4的介电常数温度系数之和与BGO晶体7的电光效应温度系数相互抵消，从而消除温漂的影响。所述的绝缘介质4不具有电光效应，且介电常数温度系数满足公式7的特定要求。通过合理调整BGO晶体7和绝缘介质4的厚度，可以消除温度对BGO晶体7电光效应的影响。BGO晶体的相位延迟和电场E1的关系可表示为：其中，n0为晶体的折射率；γ41为晶体的线性电光系数；λ为入射光波长；k为晶体的电光效应系数；d为晶体在电场方向的长度。根据式(1)，温度对BGO晶体的影响：BGO晶体的介电常数温度系数为而热膨胀系数仅为6.3×10-6/℃，比前者小两个数量级，可以忽略不计，因此式(2)可改写为：若f(T)＝0，则可消除温度对BGO晶体电光效应的影响。附加绝缘介质后，BGO晶体与绝缘介质满足如下关系：其中d1为晶体的厚度；E2为绝缘介质内的电场；d2为绝缘介质的厚度；U为待测电压；ε1为BGO晶体的介电常数；ε2为石英玻璃的介电常数。消去E2，对温度T求偏导，式(4)可改写为：结合式(3)、(6)，得到：附加绝缘介质以BZN陶瓷为例，其介电常数ε2＝116-117，介电常数温度系数在-3.10×10-4/℃至-3.49×10-4/℃之间，具体参数由陶瓷材料成分决定。假设ε2＝116，介电常数温度系数为-3.49×10-4/℃，BGO晶体的电光效应温度系数带入式(7)可得：d2＝2.9d1(8)因此当BGO晶体和BZN陶瓷的长度之比满足式(8)时，即可消除温度变化对BGO电光效应的影响。实施例：实验系统采用单横模LD光源，工作波长为808nm；采用LPVIS050偏振片，波长范围为550-1500nm；采用WPQ05M-808四分之一波片，工作波长为808nm；采用电光晶体为Bi4Ge3O12(BGO)，尺寸为10×10×10mm；采用BZN陶瓷作为附加绝缘介质，尺寸为10×10×29mm；采用高低温试验箱，型号为ZH-HL-80D，能提供的温度范围-40-150℃，升温速度为4.0℃/min，测试温度如图2所示。测量结果通过电子式互感器校验仪进行对比，如图3所示，可见在-40～+70℃的温度范围内，补偿前光学电压互感器的最大比值误差波动达到了2.9％，而补偿后的误差波动则小于0.30％；补偿前的最大相位误差波动达到了60’，补偿后小于20’。显然，经补偿明后的光学电压互感器满足0.5级的测量标准。以上所述是本专利技术的优选实例，并不用于限制本专利技术，凡对本专利技术所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，其特征在于：正方体状BGO晶体（7）置于地电极（8）上，在BGO晶体（7）上方附加绝缘介质（4），第一反射直角棱镜（5）、第二反射直角棱镜（6）分别置于BGO晶体（7）的两侧，第一反射直角棱镜（5）、第二反射直角棱镜（6）将光导入及导出；绝缘树脂支架（3）的一端固定在地电极（8）上，另一端与高压电极（1）相连，绝缘树脂支架（3）内填充SF6绝缘气体（2）；通过调整BGO晶体（7）和绝缘介质（4）的长度比例关系，使BGO晶体（7）和绝缘介质（4）的介电常数温度系数之和与BGO晶体（7）的电光效应温度系数相互抵消，从而消除温漂的影响。

【技术特征摘要】
1.一种横向调制光学电压互感器的温度自补偿方法，其特征在于：正方体状BGO晶体（7）置于地电极（8）上，在BGO晶体（7）上方附加绝缘介质（4），第一反射直角棱镜（5）、第二反射直角棱镜（6）分别置于BGO晶体（7）的两侧，第一反射直角棱镜（5）、第二反射直角棱镜（6）将光导入及导出；绝缘树脂支架（3）的一端固定在地电极（8）上，另一端与高压电极（1）相连，绝缘树脂支架（3）内填充SF6绝缘气体（2）；通过调整BGO晶体（7...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐启峰，
申请(专利权)人：龙岩学院，
类型：发明
国别省市：福建,35