一种光纤干涉式高压电流传感器的设计.pdf

2 2 2
第 22 卷第 3 期光学学报 Vol. 22 ,No. 3

2002 年 3 月 ACTA OPTICA SIN ICA March , 2002
文章编号: 0253 2239 (2002) 03 0351 04
一种光纤干涉式高压电流传感器的设计
2 2 2 2
2 刘彬张君正张秋婵谢平
(燕山大学电气工程学院仪器科学与工程系, 秦皇岛 066004)
摘要: 设计了一种结构简单的光纤干涉式电流传感器,给出了其数学模型,并用实验验证了该系统的可行性。与
其它光纤电流传感器相比,该传感器高压侧无需电源,特殊的光路使得它的测量范围大大增加,并且对缓变的干扰
信号(如温度) 不敏感。
关键词: 电流传感器; 光纤干涉仪; 罗戈夫斯基线图
中图分类号: TM452 + 94∶TN253 文献标识码: A
1 引言线性双折射效应具有相似作用的反射相移对测量结
果有影响:它们使系统灵敏度、可靠性和稳定性降
目前电力系统中,对于高压电流的测量大都采
低;使测量结果与被测电流在光路内的位置有关、使
用以电磁感应原理为基础的电流互感器。这种传统
系统抵抗外部电磁场影响的能力大大降低等。因此
的测量技术,随着电网电压的不断增加,出现了许多
如何消除和减小系统的线性双折射效应已成为磁光
不足:动态范围小;有故障电流时出现磁饱和;铁磁
式电流传感器研究中的关键问题。研究表明,影响
共振效应、磁滞效应、电磁干扰现象严重;二次侧开
光纤线性双折射效应的因素相当复杂。而外在环境
路出现高电压;体积大、重量重、价格昂贵、运输安装
温度、压力、振动等的影响尤为严重,也更为棘手,这
难度大[1 ] 。针对这些问题人们作了多方面的努力,
使得建立起完善的光纤线性双折射效应的表达式,
而当前最流行且最有应用前景的就是光学电流互感
从而克服这种影响变得非常困难。
器的研究。就国内外对光学电流互感器的研究现状
混合式光纤电流传感器大都采用有源型结构。
来看,按其传感头的结构大致分为三种:一是以磁光
在高压侧,电流通过互感器转换为电压量,再通过电
玻璃作为传感头的光学电流互感器;二是以光纤作
压/ 频率变换器变成频率信号传给发光二极管,变成
为传感头的光学电流互感器;三是以电流互感器作
光信号,由光纤传给低压侧进行检测。由于高压侧
为传感头的混合型光学电流互感器[2~4 ] 。前两种
电子线路需要电源驱动,目前一般采用的有太阳能
大都是基于法拉第磁光效应的光学电流互感器。以
电池供电、母线电流供电、蓄电池供电等。电池电量
磁光玻璃作为传感头的光学电流互感器和混合型光
不足时,输出光功率会减小,影响测量精度;而导线
学电流互感器是研究最广泛的两种。以光纤作为传
电流供电,在电流不稳的情况下很难保证高压侧电
感头的光学电流互感器虽然结构简单,成本低,但其
子器件的正常工作。另外,混合式结构的高压侧结
实用化比较困难,目前对它的报道还不多见。人们
构也较为复杂。
在基于法拉第磁光效应的光学电流互感器研究方面
针对光纤电流互感器采用传统方案遇到的棘手
已取得了较大的进展,美国 ABB Power T &D 公司