一种基于耦合器网络的光学电流互感器制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于耦合器网络的光学电流互感器，用于实现多个光纤电流互感器的集成，降低互感器成本。本实用新型专利技术由一个光源、一个耦合器网络及多个保偏光路系统、多个信号采集及处理单元组成，其中耦合器网络由多台光纤耦合器级联及并联组成；保偏光路系统由起偏器、调制器、带反射镜的光纤传感环等主要器件顺序连接而成；信号采集及处理单元主要由光探测器、AD采样和信号处理电路组成。通过光纤耦合器网络，可以实现多个电流测点及传感环的集成，各测点共用光源，降低互感器成本，并可有效抑制光源功率对互感器系统的影响，为零序电流测量、差动电流测量及其它类型多个测点合电流的测量提供了一种可靠的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合器网络的光学电流互感器
本技术涉及光学电流互感器领域，具体涉及一种基于耦合器网络的光学电流互感器。
技术介绍
电流互感器是监测电力系统运行状态的重要设备，变电站中测量、监控和保护控制依靠它来获得测量、计量、保护所需的电流信息。传统的电流互感器为电磁式互感器，电磁式互感器由于体积笨重、绝缘结构复杂、易磁饱和、易铁磁谐振、动态测量范围小、响应频带窄等原因越来越不能满足电力系统自动化、数字化网等发展的需要。而光学电流互感器具有绝缘结构简单、体积小、重量轻、线性度好，不存在磁饱和与铁磁谐振问题等优点，可以取代传统的电磁式互感器，有广阔的应用前景。光学电流互感器采用全光纤结构，基于Faraday磁光效应原理实现光信号对电流的感应，将传感光纤盘绕在载流导体外，将被测电流量转化为同源的两束偏振光的相位差，检测该相位差实现对电流的测量。光学电流互感器体积小，重量轻，安装方式灵活，可通过光纤缠绕的方式实现传感线圈的安装；光学电流互感器有优秀的抗干扰能力，可以有效杜绝传感光纤环外的磁场的影响，且拥有良好的暂态特性，因此在电网或电厂中有广阔的应用前景。现有技术的光学电流互感器在实际应用中暴露了许多问题：成本高，影响互感器推广；对于某些应用需求，如差动电流测量或零序电流测量需求，没有性价比高的方案；长期运行过程中，光源可能产生衰减，影响互感器误差。目前对于采用光学电流互感器进行差动电流测量或零序电流测量的应用需求中，或类似的需测量数个测点的合电流的应用需求中，有两种主流的配置方案：(1)每个测点分别配置一台光学电流互感器，分别采集各测点互感器的数据，由保护装置进行同步并计算出差动、零序等合电流。这样的配置方案不受通流导体布置方式及距离的限制，安装方式较为灵活；但是因为每台互感器的精度、温漂、抗干扰、稳定性等特性都有一定的差异，导致了最终计算出的叠加电流精度难以保证，长期运行易出现较大误差。同时多台互感器的配置也增加了成本。(2)在条件许可时，将各测点同时囊括在一台光学电流互感器的传感光纤环中，这样传感环测量到的就是各测点电流的共同作用，其输出即直接为叠加后的合电流值。这样的配置方案，只需一台光学电流互感器即可实现对各测点合电流的测量，避免了各测点单独配置电流互感器性能差异造成的影响；但是此方案对各测点通流导体的距离、尺寸、极性等均有较严格的要求，如测差动电流时一般两个测点距离很远，用一个光纤环同时测量是不现实的，测零序电流时各测点导体的布置不均匀可能造成磁场的不平衡，对电流互感器的测量结果的准确性有很大影响，同时电流互感器传感环尺寸极大，制造工艺很难保证。基于以上分析，本技术致力于研究一种集成化的，基于Faraday磁光效应的，能够满足测量多个测点合电流需求的光学电流互感器，本案由此产生。
技术实现思路
本技术的目的，在于研究一种集成化的，基于Faraday磁光效应的，能够满足测量多个测点合电流需求的光学电流互感器，实现对差动电流、零序电流等合电流的测量的光学电流互感器。为了达成上述目的，本技术的解决方案是：一种基于耦合器网络的光学电流互感器，包括一个光源、一个耦合器网络、N个保偏光路系统、N个信号采集及处理单元，其中N为大于等于2的整数。所述耦合器网络包括一个初级耦合器和N个次级耦合器，所述初级耦合器至少包括N个输出端口，初级耦合器的第一至第N输出端分别对应连接N个次级耦合器的第一输入端。所述保偏光路系统由起偏器、调制器、带反射镜的光纤传感环顺序连接而成。所述信号采集及处理单元包括：顺次连接的光探测器、AD采样和信号处理电路。所述光源连接初级耦合器的第一输入端，N个信号采集及处理单元、N个次级耦合器和N个保偏光路系统一一对应，每个信号采集及处理单元的光探测器连接对应次级耦合器的第二输入端；次级耦合器的第一输出端口连接到对应的保偏光路系统的起偏器；每个信号采集及处理单元的信号处理电路连接到对应保偏光路系统的调制器为保偏光路系统提供控制电信号。优选的，耦合器网络由多个同一类型或不同类型的耦合器搭配组成。优选的，所述光源的光信号频谱宽、相干性弱且光功率超过1mw。优选的，所述光源采用超辐射发光二极管。优选的，所述保偏光路系统各器件间通过保偏光纤连接，其中起偏器与调制器间光纤以45°进行熔接，调制器与带反射镜的光纤传感环间光纤以0°进行熔接；带反射镜的传感光纤环由λ/4波片、传感光纤和反射镜构成。优选的，λ/4波片由长拍长光纤切割而成，传感光纤采用HBSpun光纤，反射镜位于传感光纤尾端，通过真空镀膜方式制作而成。优选的，所述信号采集及处理单元中，光探测器将光信号转换为模拟量电信号输出给AD采样，然后经AD采样转换为数字信号；信号处理电路接收AD采样信号，计算并输出被测电流，同时为调制器提供控制信号。所述信号处理电路可以采用现场可编程门阵列。经耦合器网络输入的激光被起偏器变为线偏振光，线偏振光经45°熔接点后产生偏振分光，被分解为两正交线偏光，经过调制器后被调制。两正交线偏振光经λ/4波片，变成左旋圆偏振光(LHCP)和右旋圆偏振光(RHCP)，并进入传感光纤环。由于Faraday磁光效应作用，两束圆偏振光受到一次电流产生的磁场影响，产生正比于电流的相位差。两偏振光在反射镜处反射后返回次级耦合器的两个输入端，并输入光探测器，信号处理电路从光探测器输出的电信号中包含的相位差信息解调出被测的一次电流信息。本技术较好的解决了用一台光学电流互感器直接测量差动电流或零序电流等合电流的难题。已有的互感器方案中，各测点互感器的器件均是完全独立的，通过保护装置同时接收数个测点的电流，计算其矢量和，推算出差动电流或零序电流等合电流。实际运行时，因光源随时间有一定的功率衰减，造成各台互感器误差有不同幅度的变化，本技术各台互感器共用一个光源，光功率衰耗对各光路系统造成的影响是完全一致的，因此在计算合电流时可起到一定的抵消作用，从而降低互感器衰耗造成的影响。本技术所述光学电流互感器，可应用于需要计算合电流的场合中，如要测量零序电流时，可以在A、B、C对应位置分别配置一个传感光纤环，其合电流即为零序电流，在三相电流平衡时此合电流应趋近于零；要测量线路上的差动电流，可在线路的两端分别配置一个传感光纤环，其合电流即为差动电流。本技术可用一台互感器实现对差动电流、零序电流等合电流的探测需求，可有效降低系统成本和复杂度，提高系统可靠性。同时因共用光源，可有效保障各测点光功率衰减特性的一致，减小合电流计算的误差。附图说明图1是本技术所述光学电流互感器的整体架构图，其中初级耦合器采用2×2光纤耦合器；图中：1.光源，2.耦合器网络，3.保偏光路系统A,4.信号采集及处理单元A，5.保偏光路系统B,6.信号采集及处理单元B，7.初级耦合器(类型为2×2光纤耦合器)，8.次级耦合器A，9.起偏器A，10.调制器A，11.带反射镜的传感光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合器网络的光学电流互感器，其特征在于：所述电流互感器包括一个光源、一个耦合器网络、N个保偏光路系统、N个信号采集及处理单元，其中N为大于等于2的整数；/n所述耦合器网络包括一个初级耦合器和N个次级耦合器，所述初级耦合器至少包括N个输出端口，初级耦合器的第一至第N输出端分别对应连接N个次级耦合器的第一输入端；/n所述保偏光路系统由起偏器、调制器、带反射镜的光纤传感环顺序连接而成；/n所述信号采集及处理单元包括：顺次连接的光探测器、AD采样和信号处理电路；/n所述光源连接初级耦合器的第一输入端，N个信号采集及处理单元、N个次级耦合器和N个保偏光路系统一一对应，每个信号采集及处理单元的光探测器连接对应次级耦合器的第二输入端；次级耦合器的第一输出端口连接到对应的保偏光路系统的起偏器；每个信号采集及处理单元的信号处理电路连接到对应保偏光路系统的调制器为保偏光路系统提供控制电信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合器网络的光学电流互感器，其特征在于：所述电流互感器包括一个光源、一个耦合器网络、N个保偏光路系统、N个信号采集及处理单元，其中N为大于等于2的整数；
所述耦合器网络包括一个初级耦合器和N个次级耦合器，所述初级耦合器至少包括N个输出端口，初级耦合器的第一至第N输出端分别对应连接N个次级耦合器的第一输入端；
所述保偏光路系统由起偏器、调制器、带反射镜的光纤传感环顺序连接而成；
所述信号采集及处理单元包括：顺次连接的光探测器、AD采样和信号处理电路；
所述光源连接初级耦合器的第一输入端，N个信号采集及处理单元、N个次级耦合器和N个保偏光路系统一一对应，每个信号采集及处理单元的光探测器连接对应次级耦合器的第二输入端；次级耦合器的第一输出端口连接到对应的保偏光路系统的起偏器；每个信号采集及处理单元的信号处理电路连接到对应保偏光路系统的调制器为保偏光路系统提供控制电信号。


2.如权利要求1所述的一种基于耦合器网络的光学电流互感器，其特征在于：耦合器网络由多个同一类型或不同类型的耦合器搭配组成。


3.如权利要求1所述的一种基于耦合器网络的光学电流互感器，其特征在于：所述光源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，陈创佳，李重阳，李德华，彭潜，陆明，王红星，李毅，俞家良，窦博文，余涛，贺儒飞，王耀，阎嫦玲，罗苏南，王凯，
申请(专利权)人：深圳蓄能发电有限公司，南方电网调峰调频发电有限公司，中国南方电网有限责任公司，广东电网有限责任公司电力科学研究院，南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44