[发明专利]光学电压互感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压型传感器，具体地说，是指一种光学电压互感器。

背景技术

电压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，运行电压等级越来越高，目前我国电网的最高电压等级已达500kV，并向更高的电压等级发展。而传统的电磁式电压互感器原理是基于类似变压器原理的电磁感应，由于其工作原理决定了技术上有一些难以解决的困难。如：

(1)电压等级提高，增大了绝缘困难，致使绝缘结构复杂，体积重量更大，安装、运输不便，且造价呈指数上升。

(2)由于铁芯磁特性有限，在某些较大的工作电压或故障电压作用下可能会发生铁芯严重饱和，使测量结果出现难以容许的偏差，给电力系统提供错误信息。

(3)目前传统电压互感器内部多充以矿物油作为绝缘和散热介质，存在突然失效而可能导致燃烧、爆炸的危险。

目前大多数电压互感器是电磁式或电容分压式电压互感器，他们存在动态范围小、灵敏度低、插入损耗大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学电压互感器，该光学电压互感器在光纤环之后设置有准直透镜、法拉第旋转镜、电光传感单元。本发明光学电压互感器利用电场在电光传感单元上产生的Pockels效应使传输光的相位发生变化，通过测量干涉后的信号幅值可以间接测量出电场的大小。

本发明的一种光学电压互感器由光源、耦合器、起偏器、相位调制器、保偏延迟光缆、准直透镜、法拉第旋转镜、电光传感单元、光电探测器和信号处理模块构成；光源和光电探测器的尾纤分别与耦合器的两根入纤熔接，耦合器的尾纤与起偏器的入纤熔接，起偏器的尾纤与相位调制器的入纤采用45°熔接，相位调制器的尾纤与保偏延迟光缆的一端连接，保偏延迟光缆的另一端与准直透镜的尾纤连接(保偏延迟光缆的两端与相位调制器和准直透镜的尾纤的连接可以是跳线连接或者熔接)；法拉第旋转镜的两面分别粘结准直透镜和锗酸铋晶体的A面。

本发明的光学电压互感器与传统电磁式电压互感器相比，其优点：(1)信号采用光信号传输，其绝缘性能好；不含铁心，受电磁干扰影响小，没有铁磁共振、磁饱和及大电感引起的滞后现象；(2)测量频带宽，动态范围大，采用闭环控制无开路导致高压的危险；(3)体积小、质量轻、结构简单，易于安装。

附图说明

图1是本发明光学电压互感器的结构框图。

图2是本发明电学晶体的结构图。

图3是本发明光学电压互感器信号处理模块的结构框图。

图4A是本发明前放电路原理图。

图4B是本发明FPGA芯片图。

图4C是本发明DSP芯片图。

图4D是本发明阶梯波、方波电路原理图。

图4E是本发明模拟输出电路原理图。

图4F是本发明光源驱动电路原理图。

图5是本发明方波调制电路输出波形图。

图6是本发明阶梯波发生电路输出波形图。

具体实施方式

本发明光学电压互感器的本质是利用两束光干涉的原理测得的。传感锗酸鉍晶体中由于电场引起锗酸鉍晶体折射率的变化，当两束正交线偏振光经过锗酸鉍晶体时，由于Pockels效应，两束线偏振光的相位差发生变化。通过测量相干的两束光，就可以间接地测量出电场的大小。

(一)光学电压互感器的硬件结构

请参见图1、图2所示，本发明是一种光学电压互感器，由光源、耦合器、起偏器、相位调制器、保偏延迟光缆、准直透镜、法拉第旋转镜、电光传感单元1、光电探测器和信号处理模块构成；

电光传感单元1由锗酸铋晶体11、A电极12、B电极13组成，A电极12、B电极13分别安装在锗酸铋晶体11的上、下面板上；锗酸铋晶体11为长方体，其A面101为光的入射面，与A面101相对的B面102上镀有反射膜，该反射膜采用一层镀二氧化硅、另一层镀二氧化锆的交替镀膜制得，所镀层数与反射率相关，层数多则反射率高，本发明使用反射膜的反射率为99.1％。A电极12、B电极13为相同材料，可以是铝、铜或金属氧化物薄膜。

在本发明中，保偏延迟光缆的长度为200m以上。