一种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪，由电源、单模光纤与ＬＥＤ激光光源、光纤耦合接头、准直透镜、偏振棱镜、耦合透镜、一次电流光纤传感器、二次电流光纤传感器、后耦合透镜、前耦合透镜、光敏管、电子放大器组成。把二次电流回路放置在地面侧，使光纤传感器依次感受一次电流回路的磁场和二次电流回路的磁场，经磁光效应作用后的线偏振光通过相敏光学检偏器解调得到零磁通信号，用电子放大器把信号变换为电流并注入二次电流绕组，使零磁通状态得到保持，并使一次电流和二次电流达到安匝平衡。相敏光学检偏器的偏振棱镜与它的零输出位置之间有一个负偏角，克服了偏振棱镜正交放置的零检偏器只能输出单极性电信号的缺点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及直流电流比较仪，特别是一种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪，属于直流电流互感器

技术介绍
目前，500kV及以上直流高压输电线路使用的直流电流互感器主要有磁饱和型和 电流比较仪型。磁饱和型使用两台饱和电抗器按串联或并联方式连接，用外部交流电压源 驱动，电路中的整流元件保证二次负荷的电流只能有一个方向，驱动电压的正负半波使电 抗器在磁饱和和低磁通两种状态下转换，其中低磁通状态时流过电抗器二次绕组的电流与 一次直流电流接近安匝平衡，从而实现直流电流的比例变换。电流比较仪型使用伺服电流 源向二次绕组注入直流电流实现安匝平衡，伺服电流源根据磁调制器得到的零磁通信号进 行反馈控制，随时跟踪一次电流变化，实现直流电流的比例变换。由于一次电流回路在高电 位侧，二次电流回路在低电位侧，两个回路之间需要高压隔离。因此，500kV及以上电压等 级的直流电流互感器中的绝缘结构部分占了产品成本的很大比例，绝缘结构的隐患也降低 了产品的可靠性。光电式电流互感器使用单模光纤或火石玻璃作为法拉第磁光效应的光学 介质，当线偏振光通过光介质时，受到同方向磁场作用，光的偏振面发生旋转，旋转角正比 于外界磁场沿着偏振光在介质内部路径的线积分，艮卩小=Vd # JW1。式中小为线偏振光 偏振面旋转角，Vd为光介质材料的Verdet常数，H为电流所产生的磁场强度，L为光在介质 中通过的路径。为了方便地求出线积分，实现真正意义上的电流测量，并防止其它电流磁 场的干扰，将传感头设计成能让光束环绕电流形成封闭的环路，根据安培环路定理可得小 =Vd # JW1 =Vdi。从而测出角小便可求出电流值。光电式电流互感器采用绝对法测量， 受光学介质和光源稳定性影响，长期测量准确度不容易达到实用要求。
技术实现思路
本技术的目的是，消除直流电流互感器绝缘结构的隐患并降低产品成本，同 时不影响安匝平衡的实现，并能克服光电式电流互感器长期测量准确度差的缺点，提出一 种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪。本专利技术提供的用于直流高压输电的光纤直流 电流比较仪是一种使用磁光效应磁调制器的直流电流比较仪，采用光纤实现高电压隔离， 有效地降低了直流电流互感器绝缘结构部分的成本，并消除了绝缘结构的隐患，同时具有 足够好的长期测量准确度。 本技术的技术解决方案是，采用电源和单模光纤，其特征在于，由电源和单模 光纤与LED激光光源、光纤耦合接头、准直透镜、偏振棱镜、耦合透镜、一次电流光纤传感 器、二次电流光纤传感器、后耦合透镜、前耦合透镜、光敏管、电子放大器组成；其中，电源 分别与LED激光光源和电子放大器连接，LED激光光源与由光纤耦合接头、准直透镜、偏振 棱镜、耦合透镜成轴向依次排列构成的偏振光发生器配连，偏振光发生器通过配有光纤耦 合接头的单模光纤与一次电流光纤传感器配连，电子放大器的输入端与由光敏管、前耦合透镜、偏振棱镜、后耦合透镜成轴向依次排列构成的相敏光学检偏器配连，二次电流光纤传 感器的输入端连接一次电流光纤传感器的输出端，二次电流光纤传感器的输出端通过光纤 耦合接头与相敏光学检偏器配接，二次电流光纤传感器的电流线圈配接电子放大器的输出丄山顺。 其特征在于，相敏光学检偏器的偏振棱镜与它的零输出位置之间有一个负偏角。 其特征在于，一次电流光纤传感器由多匝单模光纤围绕一次电流导体组成。 其特征在于，二次电流光纤传感器采用圆环状螺线管。 本技术的工作过程是，把二次电流回路放置在地面侧，使用单模光纤作为法 拉第磁光效应的光学介质，使光纤传感器依次感受一次电流回路的磁场和二次电流回路的 磁场，经磁光效应作用后的线偏振光通过相敏光学检偏器解调得到零磁通信号，用电子放 大器把信号变换为电流并注入二次电流绕组，使零磁通状态得到保持，并使一次电流和二 次电流达到安匝平衡。相敏光学检偏器的偏振棱镜与它的零输出位置之间有一个负偏角， 在相敏光学检偏器的输出端叠加适当的反偏置电压或电流，使输出为零，于是可检测的磁 光效应旋转角延伸到负角，在等安匝测量区间具有相敏性，克服了偏振棱镜正交放置的零 检偏器只能输出单极性电信号的缺点。 本技术的优点是，把零磁通的检测变成零偏振角的检测，取消了高压直流电 流互感器一次绕组和二次绕组之间的高压绝缘结构，从而大幅度降低500kV及以上电压等 级的直流电流互感器的产品成本；套管和光纤属于自恢复绝缘结构，承受过电压后仍然可 以安全运行，从而有效地提高了设备的可靠性及安全性。附图说明图1、本技术的基本结构示意图。具体实施方式下面，结合附图对本技术的实施例作进一步描述。 如图l所示，本技术采用由电源1、 LED激光光源2、光纤耦合接头3、7、12、准 直透镜4、偏振棱镜5、14、耦合透镜6、单模光纤8、一次电流光纤传感器9、二次电流光纤传 感器11、后耦合透镜13、前耦合透镜15、光敏管16、电子放大器17组成。其中，电源1分别 与LED激光光源2、电子放大器17连接，给LED激光光源2、电子放大器17提供工作电源。 LED激光光源2与由光纤耦合接头3、准直透镜4、偏振棱镜5、耦合透镜6成轴向依次排列构 成的偏振光发生器配连，偏振光发生器通过配有光纤耦合接头7的单模光纤8与一次电流 光纤传感器9配连。电子放大器17的输入端与由光敏管16、前耦合透镜15、偏振棱镜14、 后耦合透镜13、光纤耦合接头12成轴向依次排列构成的相敏光学检偏器配连，二次电流光 纤传感器11的输入端连接一次电流光纤传感器9的输出端，二次电流光纤传感器11的输 出端与相敏光学检偏器的光纤耦合接头12配接，二次电流光纤传感器11的电流线圈一端 连接电子放大器17的输出端，二次电流光纤传感器11的电流线圈的另一端连接电子放大 器17的控制端，一次电流光纤传感器9由多匝单模光纤8围绕一次电流导体10组成。二 次电流光纤传感器11采用圆环状螺线管，二次电流光纤传感器11的电流线圈绕在圆环状 螺线管上。 电源1向LED激光光源2和电子放大器17提供稳定的直流工作电源，使它们能正 常运行。LED激光光源2发出的激光通过光纤耦合接头3发射到准直透镜4，变成平行光 束，再通过偏振棱镜5变成线偏振光，线偏振光在耦合透镜6聚焦并经光纤耦合接头7进入 单模光纤8传输。 一次电流光纤传感器9由多匝单模光纤8围绕一次电流导体10组成，光 纤中的线偏振光在一次电流磁场作用下其偏振面发生旋转，再继续沿光纤进入二次电流光 纤传感器ll，二次电流在圆环状螺线管中产生磁场，磁场作用在位于圆环轴线上的多匝光 纤上，发生第二次磁光效应，受过二次磁光效应作用的线偏振光经过光纤耦合接头12和后 耦合透镜13变为平行光束，再经过与零输出位置之间有一个负偏角(接近正交放置)的偏 振棱镜14后，输出的光强与旋转角正弦的平方成正比，随后再经过前耦合透镜15和光敏管 16把光强转换为光电流信号，加上相敏偏置后得到零磁通电信号，电子放大器17把零磁通 电信号放大送到二次电流光纤传感器ll的电流线圈。形成闭环控制后，线偏振光的偏振面 在两次磁光效应中的旋转角大小相等，方向相反，测量得到的二次电流值乘上电流比即等 于一次电流值。 本技术实施例的额定一次电流3000A，额定二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪，采用电源和单模光纤，其特征在于，由电源（１）和单模光纤（８）与ＬＥＤ激光光源（２）、光纤耦合接头（３）、（７）、（１２）、准直透镜（４）、偏振棱镜（５）、（１４）、耦合透镜（６）、一次电流光纤传感器（９）、二次电流光纤传感器（１１）、后耦合透镜（１３）、前耦合透镜（１５）、光敏管（１６）、电子放大器（１７）组成；其中，电源（１）分别与ＬＥＤ激光光源（２）和电子放大器（１７）连接，ＬＥＤ激光光源（２）与由光纤耦合接头（３）、准直透镜（４）、偏振棱镜（５）、耦合透镜（６）成轴向依次排列接构成的偏振光发生器配连，偏振光发生器通过配有光纤耦合接头（７）的单模光纤（８）与一次电流光纤传感器（９）配连，电子放大器（１７）的输入端与由光敏管（１６）、前耦合透镜（１５）、偏振棱镜（１４）、后耦合透镜（１３）成轴向依次排列构成的相敏光学检偏器配连，二次电流光纤传感器的输入端连接一次电流光纤传感器（９）的输出端，二次电流光纤传感器（１１）的输出端通过光纤耦合接头（１２）与相敏光学检偏器配接，二次电流光纤传感器（１１）的电流线圈一端配接电子放大器（１７）的输出端。

【技术特征摘要】
一种用于直流高压输电的光纤直流电流比较仪，采用电源和单模光纤，其特征在于，由电源(1)和单模光纤(8)与LED激光光源(2)、光纤耦合接头(3)、(7)、(12)、准直透镜(4)、偏振棱镜(5)、(14)、耦合透镜(6)、一次电流光纤传感器(9)、二次电流光纤传感器(11)、后耦合透镜(13)、前耦合透镜(15)、光敏管(16)、电子放大器(17)组成；其中，电源(1)分别与LED激光光源(2)和电子放大器(17)连接，LED激光光源(2)与由光纤耦合接头(3)、准直透镜(4)、偏振棱镜(5)、耦合透镜(6)成轴向依次排列接构成的偏振光发生器配连，偏振光发生器通过配有光纤耦合接头(7)的单模光纤(8)与一次电流光纤传感器(9)配连，电子放大器(17)的输入端与由光敏管(16)、前耦合透镜(15)、偏振棱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐仁，雷民，章述汉，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]