新型电流互感器的发展.docx

新型电流互感器的发展随着现代电力系统的发展，传统的电磁式电流互感器暴露出越来越多的问 题，而光纤电流互感器（OCT）的出现为这些问题的解决带来了答案OCT具 有不含油，尺寸小，绝缘结构简单，不会有安全隐患，不含铁心，不会有磁饱和 现象，测量带宽和精度高，使用光纤传输信号，可以有效地防止电磁干扰，其输 出可以方便地与计算机接口光纤电流互感器的发展，必将大大加速电力设备向 小型化、综合自动化和高可靠性方向的发展标签：电力系统；光纤传输；电流互感器1、 引言电流互感器是电力系统中进行电能计量和继电保护的重要设备其精度及可 靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行密切相关然而随着电力工业的发展， 电力传输系统容量不断增加，运行电压等级也越来越高，传统的电磁式电流互感 器暴露出一系列严重的缺点：电流互感器的绝缘结构将非常复杂，造价也会急剧 增加，由于电磁感应式电流互感器所固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频 带窄以及有油易燃易爆等缺点，已难以满足新一代电力系统检测、高精度 故障诊断、电力数字网等的发展需要寻求更理想的新型电流互感器已势在必行， 目前注意力已集中到光学传感技术，即用光电子学的方法来发展所谓的光电式电 流互感器（optical current transformer，简称 OCT）。

2、 方案选择电场测定法可分为电气法和光学法两大类以前广泛采用电气法是基于电场 感应电荷和静电力原理的测量仪器，在许多场合，由于检测头为接近地电位的导 体，未必适合空间电场的测定光学法则是利用激光的折射和散射原理，是一 种不干扰被测对象的非接触式测量方法然而，由于检测感度的限制，此法测定 弱电离场有困难我们这里的主要采用光学测量法光电式电流互感器主要分为两类：有源电子式互感器，它主要是通过远端模 块将模拟信号转换为数字信号后经通信光纤传送出去传感头部分有电源电路， 需要解决供电问题另一类是无源电子式互感器，它是利用Faraday磁光效应感 应被测电流信号，通过光纤传输传感信号传感头部分没有电子电路，不存在供 电问题此外也有采用干涉原理的，但应用较少有源型光纤电流互感器制作较容易，而且由于采用数字量传输，对光源供电 电路要求低，抗干扰性好、成本低，目前，作为无源型电流互感器的一种补充或 过渡，仍不失为一种好方法在供电电源选择上，以前是在高压母线上串2个TA，分别为供电TA和取 样TA，供电TA给处于高电位的传感部分提供电源由于这种方案在高压母线 上取供电电源，而母线电流变化很大，电源系统的可靠性较低。

所以我们采用利 用地面的强激光源，将光能通过光纤传至高电位处，再由光电池将光能转换为电 能，并用此电能给有关的功能电路部分供电3、 光电式电流互感器的原理3.1有源电子式电流互感器在这种有源光电式电流互感器的高电位侧的传感头中，全部采用的是电子器 件在高电位侧用空心线圈（Rogowski线圈）将母线电流变成电压信号，该电 压信号为模拟量，经过A/D转换成数字信号，用电光转换（LED）电路将此数 字信号变为光信号，然后通过绝缘的光纤将光信号送到地电位侧在地电位侧， 由光电转换器件（PIN）将光信号转换为数字电信号，供继电保护与电能计量之 用，在需要模拟量的场合，可用数模转换（D/A）电路将数字量转换为模拟量 这种光电式电流互感器采用激光光源将光能从地电位侧通过光纤送到高电位侧， 再由光电转换器件将光能转换成为电能，经过电源稳定电路后，给各电子电路供 电这种方式的优点是输出电源比较稳定，而且也不易受到外界杂散光源的影响， 是一种高科技的技术这种光电式电流互感器采用了近年发展起来的电子、光通 讯、激光和计算机技术，具有较强的生命力和较高的技术含量3.2无源电子式电流互感器此光电电流互感器是依据法拉第磁光效应，将线偏振光的偏振面角度变化的 信息转变为光强变化的信息，然后通过光电探测器将光信号转变为电信号，并进行放 大处理，以反应最初的电流信息。

法拉第磁光效应是：一束线偏振光通过置于磁 场中的磁光材料时，它的偏振面将发生旋转，偏转角正比于磁场沿着偏振光通过 材料路径的线积分利用光电电流互感器测量输电线的电流时，将磁光材料放在输电线的周围， 当输电线通过电流时，磁光材料即受到强磁场的作用如果导体中流过的电流为 I，磁光材料与电流I所产生的有效磁场为K*I则在磁光材料通过偏振器输出的 偏振光后振动面旋转的角度为：=VK*I采用检偏器将角度信息转变为光强 信息，利用光电探测器转变为电信号，经电子电路处理后得到原始信息如图2 所示，激光光源发出的激光经偏振器后，输出的偏振光射向磁光材料，经磁光材 料反射后，偏振面已有所偏转的偏振光射入检偏器，再到光电探测器变换成电流， 经放大器放大后输出4、 光电式电流互感器实用化存在的问题4.1、减小磁光材料双折射效应对光电电流互感器侧精度的影响由于磁光材料的双折射效应，使射人磁光介质的线性偏振光变为椭圆偏振光其结果是从检偏器输出的光强度变化与被测电流不成正比，使光电式电流互 感器的灵敏度不稳定，从而降低了光电式电流互感器的测量精度磁光材料中 的双折射可分为3类：（1）与玻璃的制造过程的热历史有关的双折射；（2）由于 环境温度变化引起的暂态双折射；（3）传感头组装引起的组装应力双折射。

为了 提高光电式电流互感器测量精度，应该对各种产生双折射效应的途径进行具体 的研究，并找到降低其影响的办法4.2、 减小温度变化对光电式电流互感器测精确度的影响互感器传感头部温度的变化可高达100°C温度的变化将引起磁光材料的 双折射Verdet常数的变化，还会引起磁光材料中的应力双折射效应温度的变 化还将引起发光管或比发光波长的变化，而常数要随光波波长的变化而变化为 了提高光电式电流互感器测量精度，应该对各种造成传感器头部温度变化的过程 进行分析，并研究减小其影响的办法4.3、 光电式电流互感器长期稳定性的研究磁光玻璃的Verdet常数、LED或LD以及PIN的灵敏度、电子产品的标称 数值可能会随时间而变化，都可能受到外界气候条件的影响，因此必须对其进行 长期稳定性的研究及现场试验5、 发展趋势光电式电流互感器和传统互感器比较，最大优点在于不存在铁芯饱和，状态 量以数字量输出，这将最佳地适应日趋广泛采用的微机保护、电力计量数字化及 自动化发展的潮流，拥有广阔的市场前景，但其实用化技术的实现仍需进一步的 研究，尤其是相关光电功能晶体材料的研发参考文献1、 李红斌，刘延冰等.用于110 kV变电站的光学电流互感器［J］.华中 理工大学学报，1995，23 （7） : 6〜102、 王政平，孙品华，李庆波，王晓忠块状光学材料电流传感器研究新进展 ［J ］.激光电子学进展，1999，No. 8 : 1〜613、 王廷云等.电力系统中光电电流互感器研究［J］，电力系统自动化，2000， 14、 李红斌等.光学电流传感器的研究进展［J］，电工技术杂志，1997， 15、 金涌涛，刘会金，熊玲玲.Rogowski线圈频率特性及拓宽频带方法［J］.电测与仪表，2003， （9） L 12- 16.6、 张涛，李澎，罗承沐，贺向前，许明圣.罗果夫斯基线圈测量高电压及电力系统中的暂态电流[J].电工电能新技术，2002， （7）L 53- 56.7、 李澎，蔡志斌，罗承沐.光电电流互感器的供能电路的研究[J].电工 电能新技术，2003，22 （4） : 44246.8、 廖京生，郭晓华，朱明钧，等.用于小电流测量的Rogowski线圈电 流互感器[J].电力系统自动化，2003，27 （2） : 56259.。