一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法，熔接前采用光路状态自诊断的全光纤电流互感器进行诊断并记录多个周期的偏振强度均值，作为熔接前的偏振强度存储在寄存器内；熔接后，采用光路状态自诊断的全光纤电流互感器进行诊断并记录多个周期的偏振强度，分别与熔接前的偏振强度进行对比，获得偏差；如果偏差未超过第一阈值，则光路状态正常，如果偏差超过第一阈值且未超过第二阈值，则根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数，如果超过第二阈值，则输出报警信号，重新熔断。本发明专利技术解决了现有全光纤电流互感器无法通过系统内部诊断光路偏振特性的问题，满足智能电网对电流测量装置可靠性及稳定性提升的新的要求。及稳定性提升的新的要求。及稳定性提升的新的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法


[0001]本专利技术涉及光纤电流互感器
，尤其涉及一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法。

技术介绍

[0002]随着电力系统向高电压、大电流方向的发展，新一代智能变电站建设对电流互感器等一次设备在集成化、智能化等方面提出了新的要求。基于光学传感技术的全光纤电流互感器是一种无源电子式电流互感器，采用全光纤光路实现电流信号的闭环检测，具有动态范围大、测量频带宽、抗电磁干扰性能好、体积小、重量轻、便于与高压设备集成、可测直流信号等优点，近几年在多项重大工程中推广应用。国内特高压直流输电工程将会进入密集建设期，平均每年将会有2条工程开工建设。预计未来五年全光纤电流互感器市场需求总额在16亿元左右，市场前景大。
[0003]但是目前在运的全光纤电流互感器多为进口产品，采购周期长，价格昂贵，服务响应无法满足现工程需要。国产全光纤电流互感器研究起步较晚，部分核心器件依赖进口，但是整体性能已与进口产品持平，且部分性能指标国际领、先进。随着技术的不断成熟，国内研究的重点也从全光纤电流互感器的短期试验性能转变为长期运行可靠性研究，从互感器的外部技术指标深入到内部关键状态参量的研究。
[0004]国内全光纤电流互感器采用基于铌酸锂光波导相位调制器的单光路结构，信号发送及传输在同一根保偏光纤中完成，虽然单光路结构在抗震、温度稳定性等方面更有优势，但是在光路检测方面存在一些不便捷性。由于光路一旦熔接完成后形成闭合光路，无外接测量点，无法通过一些测试设备检测光路性能，设备一旦出故障只能通过截断光路进行故障检测，提高了现场运维成本及风险，限制了全光纤电流互感器推广应用。同时，光路闭合后，无法对保偏光纤整体熔接质量进行检测，存在潜在风险，以上不可靠问题亟待解决。
[0005]同时，随着技术的发展及用户侧新需求的产生，对该类产品在可靠性及稳定性提升、功能多样化完善等方面提出了新的要求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器及自诊断方法，可对全光纤电流互感器现场熔纤、长期运行期间光路状态进行实时监测及诊断，解决了现有全光纤电流互感器无法通过系统内部诊断光路偏振特性的问题，满足智能电网对电流测量装置可靠性及稳定性提升的新的要求。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供了一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器，包括：全光纤传感环、保偏传输光纤及采集模块；
[0008]采集模块包括发射单元，采集单元以及诊断单元；所述发射单元输出光信号，经保偏传输光纤输出至全光纤传感环返回，由所述采集单元探测获得转换为电信号输出；所述诊断单元基于电信号计算偏振强度，比较熔接后的偏振强度与熔接前的偏振强度的偏差，
如果偏差未超过第一阈值，则光路状态正常，如果偏差超过第一阈值且未超过第二阈值，则根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数，如果超过第二阈值，则输出报警信号，重新熔断。
[0009]进一步地，所述诊断单元包括累计平均部、最大值生成部、切换部、计算部以及比较部；
[0010]所述累计平均部对每个有效采样周期的电信号累加平均获得平坦区均值v0；所述最大值生成部获取每个周期的电信号的最高电压值v2；所述计算部获取存储的无光电压值v1并计算：
[0011][0012]所述切换部进行模式切换，如果为熔接前模式，则所述基值存储部工作将每个周期的偏振强度取均值，作为熔接前的偏振强度存储在寄存器内，所述比较部不工作；如果为熔接后模式，则所述基值存储部不进行取均值计算，所述比较部，将每个周期的偏振强度与所述基值存储部存储的熔接前的偏振强度的偏差与第一阈值和第二阈值进行比较，输出诊断结果。
[0013]进一步地，根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数包括：按照将每个周期的偏振强度与熔接前的偏振强度的偏差进行累积后取均值，计算超过熔接前的偏振强度的比例，按照所述比例调整电流系数。
[0014]进一步地，所述采集模块设置常闭指示灯，如果超过第二阈值则点亮指示灯。
[0015]进一步地，所述采集模块还包括差分解调单元、反馈控制单元、积分滤波单元以及数字输出单元；所述差分调节单元对平坦区均值v0进行差分解调，获得开环电流增量值ΔI，对ΔI积分滤波获得电流测量值I，由数字输出单元输出；反馈控制单元对ΔI进行数模转换，输出反馈信号给调制器，对光路进行闭环控制。
[0016]进一步地，所述发射单元包括光源、耦合器、起偏器、调制器以及保偏光纤延迟环；光源发出的光经过耦合器与起偏器后，变为线偏振光；起偏器的尾纤与调制器的尾纤以45
°
熔接，线偏振光经45
°
熔接点分解为两束正交的线偏振光注入调制器尾纤，分别沿保偏光纤的X轴和Y轴传输。
[0017]进一步地，所述全光纤传感环包括传感光纤、1/4波片及反射镜；
[0018]X轴和Y轴传输的线偏振光经过1/4波片后，分别变为左旋和右旋圆偏振光，进入传感光纤中传播；
[0019]载流导线中传输的电流产生磁场，在传感光纤中产生法拉第磁光效应，使两束圆偏振光的相位差发生变化并以不同的速度传输，在反射镜处反射后，两束圆偏振光的偏振模式互换，再次通过传感光纤，并再次经历法拉第效应使两束光产生的相位差加倍，再次通过1/4波片后，恢复为线偏振光，在起偏器处发生干涉，携带相位差信号经保偏传输光纤进入所述采集单元转换为电信号。
[0020]进一步地，所述采集单元包括探测器、放大电路以及模数转换电路；所述探测器将探测获得转换为电信号，所述放大电路进行放大滤波，所述模数转换电路转换为数字信号后发送给所述诊断单元。
[0021]本专利技术另一方面提供一种采用所述的光路状态自诊断的全光纤电流互感器进行光路状态自诊断方法，包括：
[0022]熔接前采用光路状态自诊断的全光纤电流互感器进行诊断并记录多个周期的偏振强度均值，作为熔接前的偏振强度存储在寄存器内；
[0023]熔接后，采用光路状态自诊断的全光纤电流互感器进行诊断并记录多个周期的偏振强度，分别与熔接前的偏振强度进行对比，获得偏差；
[0024]将每个周期的偏振强度与熔接前的偏振强度的偏差与第一阈值和第二阈值进行比较，如果偏差未超过第一阈值，则光路状态正常，如果偏差超过第一阈值且未超过第二阈值，则根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数，如果超过第二阈值，则输出报警信号，重新熔断。
[0025]进一步地，
[0026]其中，v0为对每个周期的有效采样区间电信号累加平均获得平坦区均值；v2为每个周期的电信号的最高电压值；v1为存储的无光电压值。
[0027]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0028](1)本专利技术针对现有技术方案缺陷，从探测器高频信号中提取梳状波尖峰电平，结合开环误差信号、探测器无光电压值，给出可以描述光路偏振特性变化的偏振强度状态量，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光路状态自诊断的全光纤电流互感器，其特征在于，包括：全光纤传感环(1)、保偏传输光纤(2)及采集模块(3)；采集模块(3)包括发射单元，采集单元以及诊断单元；所述发射单元输出光信号，经保偏传输光纤(2)输出至全光纤传感环(1)返回，由所述采集单元探测获得转换为电信号输出；所述诊断单元基于电信号计算偏振强度，比较熔接后的偏振强度与熔接前的偏振强度的偏差，如果偏差未超过第一阈值，则光路状态正常，如果偏差超过第一阈值且未超过第二阈值，则根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数，如果超过第二阈值，则输出报警信号，重新熔断。2.根据权利要求1所述的光路状态自诊断的全光纤电流互感器，其特征在于，所述诊断单元包括累计平均部、最大值生成部、切换部、计算部以及比较部；所述累计平均部对每个有效采样周期的电信号累加平均获得平坦区均值v0；所述最大值生成部获取每个周期的电信号的最高电压值v2；所述计算部获取存储的无光电压值v1并计算：所述切换部进行模式切换，如果为熔接前模式，则所述基值存储部工作将每个周期的偏振强度取均值，作为熔接前的偏振强度存储在寄存器内，所述比较部不工作；如果为熔接后模式，则所述基值存储部不进行取均值计算，所述比较部，将每个周期的偏振强度与所述基值存储部存储的熔接前的偏振强度的偏差与第一阈值和第二阈值进行比较，输出诊断结果。3.根据权利要求2所述的光路状态自诊断的全光纤电流互感器，其特征在于，根据熔接后的偏振强度调整全光纤电流互感器的电流系数包括：按照将每个周期的偏振强度与熔接前的偏振强度的偏差进行累积后取均值，计算超过熔接前的偏振强度的比例，按照所述比例调整电流系数。4.根据权利要求2所述的光路状态自诊断的全光纤电流互感器，其特征在于，所述采集模块设置常闭指示灯，如果超过第二阈值则点亮指示灯。5.根据权利要求1或2所述的光路状态自诊断的全光纤电流互感器，其特征在于，所述采集模块还包括差分解调单元、反馈控制单元、积分滤波单元以及数字输出单元；所述差分调节单元对平坦区均值v0进行差分解调，获得开环电流增量值ΔI，对ΔI积分滤波获得电流测量值I，由数字输出单元输出；反馈控制单元对ΔI进行数模转换，输出反馈信号给调制器，对光路进行闭环控制。6.根据权利要求1或2所述的光路状态自诊断的全光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁亮，韩笑，郑拓夫，步梦琼，冉允喜，姜鹏飞，郭颖宝，李鹏浩，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：