全光纤电子式电流互感器在智能变电站中的应用.doc

全光纤电子式电流互感器在智能变电站中的应用深圳国电南瑞科技有限公司 摘要：本文介绍了全光纤电子式电流互感器的工作原理和工作过程， 详细阐述了光纤电流互感器的技术优势，最后简单介绍了光纤电流 互感器在GIS中的集成方式关键词：FOCT，全光纤电流互感器，Faraday磁旋光效应1引言电流互感器是电力系统中的重要设备，目前国内广泛使用的铁 磁线圈电流互感器，尽管稳态测量精度能够满足0. 2级电能计量的要 求，但由于自身结构上的局限性在短路故障时会存在磁路饱和现 象,导致动态测量能力差，容易造成保护装臵误动和拒动随着电力工 业的不断发展，传统带铁心的电磁感应式互感器已经越来越不能适 应电力系统的要求电子式电流互感器是利用光学和电子学原理来实现电力系统电 流测量的新型互感器与传统的电磁式电流互感器相比较，电子式 电流互感器具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象等诸多 优点，有望成为传统电磁感应式互感器的理想替代品，已经受到国 内外研究人员的普遍重视电子式电流互感器有两种传感原理：Faraday电磁感应原理和 Faraday磁旋光效应原理属于Faraday电磁感应原理的有铁心线圈 和空心线圈两种传感结构，空心线圈结构的电流互感器又叫做 Rogowski线圈电流互感器。

属于Faraday磁旋光效应原理的包括块状 玻璃和光纤两种传感结构，这类电流互感器又叫做光学电流互感器其中全光纤电子式电流互感器相对于其他类型的电子式互感器具有 测量精度高、动态范围宽、抗环境电磁干扰能力强、 敏感环安装方式 简单灵活等优点，下面详细介绍一下全光纤电子式电流互感器 （以下 简称FOCT）2 FOCT的工作原理全光纤电子式互感器利用了法拉第磁光效应原理如图 1所示，Faraday效应是指当一束线偏振光通过臵于磁场中的磁光材料时，线 偏振光的偏振面会线性地随着平行于光学方向的磁场的大小发生旋 转，旋转角为图1 Faraday效应原理在互感器中光纤形成闭合环路，还需遵守安培环路定理t1 - . V H d \ = i式中、为磁光材料的费尔德（Verdet）常数；1为光通过的路径;H为被测电流在光路上产生的磁场强度，i为载流导体中流过的交流 电流2 -3 FOCT的工作过程光纤两偏振光传播方向〔红绿箭头〉T rI 相位I调制器信号处理―_ 电路探测器耦合器偏振器图2 FOCT工作过程FOCT基本的工作过程如下（参见图2）:光源光源发出的光被分成两束物理性能不同光，并沿光缆向上传播（见红、绿箭头）；在汇流-3 --# -排处，两光波经反射镜的反射并发生交换，最终回到光电探测器处并发生相干叠加；当通电导体中无电流时，两光波的相对传播速度 保持不变，即物理学上所说的没有出现相位差（图 3a）;而通上电 流后，在通电导体周围的磁场作用下，两束光波的传播速度发生相 对变化，即出现了相位差（图 3b），最终表现的是探测器处叠加的 光强发生了变化，通过测量光强的大小，即可测出对应的电流大小。

a b图3两偏振光相干叠加示意图4 FOCT的优势在磁光法拉第效应的基础上，FOCT综合利用了光纤传感技术 和闭环控制技术，很好的克服了其他电子式电流互感器的缺点，具 体表现为：4.1闭环控制（负反馈）技术扩大了准确度下的动态范围对于采用 Rogowski线圈和磁光玻璃等电子式电流互感器而 言，都是采用的开环控制技术，这在准确度和动态范围的稳定性方 面从原理上来说就有一定的局限性，所以要达到高性能的要求还是 需要进一步研究的而FOCT采用的是基于全数字闭环控制技术， 对各种可能出现的偏差进行校正，真正达到一个完善的自适应控制 系统，从原理和实现的手段上保证了电子互感器的精度和动态范围 4.2共光路、差动信号解调方式提高了抗干扰能力对于磁光玻璃式电子式电流互感器而言，光信号输入端和输出 端不在同一点，走的路径是一个单向路径，当受到来自外界的温度 变化，振动以及电磁场辐射等因素的干扰，单向路径受干扰源的影 响就可能会产生同向误差，使得产品的精度出现不稳定性，也影响 了产品的实际使用效果而对于 FOCT而言，光信号输入输出端在 同一点，采用同一个光路，即使来自外界的温度变化，振动以及电 磁场辐射等因素的干扰，同一光路路径受干扰源的影响出现的误差 也会互相抵消，从而提高了产品的稳定性。

4.3全光纤结构提高了系统的可靠性FOCT中敏感元件和传输元件都为光纤，可以熔融连接，不受 外界环境温度的影响，真正做到了敏感元件的长期稳定性和免维护， 提高了系统的可靠性5 FOCT在GIS中的集成方式FOCT的敏感头安装在 GIS气室内难度较大，一是 SF6气体 在短流电流和高温的影响下分解生成活性极强的氟粒子，对于光纤 具有极大的腐蚀性二是保偏光纤的材质很难与 GIS的金属壳体形成绝对的整体，影响GIS气室的密闭性GIS两个气室之间连接的 法兰是比较好的安装位臵由于法兰中没有 SF6气体，而且法兰也 处在零电位，只需要稍微增加法兰的厚度，浇注法兰时内壁为FOCT 留出安装空间，然后将FOCT固定在法兰内即可下图是110kV三相共体GIS的安装示意图图4 GIS应用三相一体式安装方式这种安装方式中FOCT不需像传统互感器一样每相安装磁屏蔽 套筒，结构大大简化而且 FOCT的敏感头和电气单元都处在零电 位，绝缘问题由GIS厂家解决由于FOCT本身不包含载流体，因 此FOCT厂家没有动稳定及热稳定的问题FOCT关注的中心就是 保证FOCT的性能这种方式很好地解决了与 GIS的配合问题，不但不影响GIS的 气室大小，甚至安装传统 CT的GIS气室还可以缩小。

尤其对于将 GIS的老站改造为智能变电站更加有利，它对于 GIS的基础结构影响不大，只需要将相关的GIS的法兰更好为适于安装FOCT的法兰 即可这种方法已经在贵阳的沙河变电站、山东潍坊的穆村变电站 得到成功应用5结束语目前FOCT已在陕西750kV延安变、华东500kV苏州东变、 江苏500kV常熟南变以及国内多个220kV、110kV变电站投入运行， 运行至今情况稳定随着电子式互感器技术的不断发展， FOCT以其带宽高、绝缘简单、抗干扰能力强等优点，必将成为新型电流互 感器发展和应用的主流方向参考文献[1] 乔峨、安作平、罗承沐等，光电式电流互感器的开发与应用 --21世纪互感器技术展望 J],变压器，2000, 37(1) : 40 〜43[2] 龙槐生，张仲先，谈恒英.光的偏振及其应用 [J].机械工业出版社，1989[3] 平绍勋，黄仁山.光电式电流互感器的现状和发展 [J].高压电器，2001, 37(3) : 43〜46[4] 吕海宝，冯勤群，周卫红等.强度型光纤传感检测中强度补偿技术.激光技术， 1999，23(2) : 9[5] 李家泽，阎吉祥.光电子学基础 [M].北京理工大学出版社，1998[6] 申烛，王士敏，罗承沐•一种电子式电流互感器的研制 ，电力系统自动化，2002 26 ( 18): 41-44[7] 易本顺、刘延冰、阮芳 光学电流互感器现场运行性能分析 [J]，中国电机工程学报，1997, 17(2):138〜140作者简介：-6 -。