[发明专利]具有自供能低功耗的电流互感器设备及母线电流检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统监测和保护领域，特别涉及一种具有自供能低功耗的电流互感器设备及母线电流检测方法。

背景技术

在电力生产、电力传输及电力设备的运行中，需要对其中各种物理量进行监测，其中最重要的物理量是电流和电压，获取电流和电压信息的传感器设备是互感器，他们将高电压侧的大电流或高电压转换为低压侧的小电流或低电压。准确、可靠、高性能的互感器是保证电网安全、可靠、高效运行的重要保证之一。

传统互感器以电磁式互感器为主，但是长期运行中暴露出其所固有的磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带范围窄、易燃、易爆等缺点。同时，随着电网的运行电压等级越来越高，传统互感器的绝缘设计将变得非常复杂，体积、重量以及造价也急剧增加。

近几十年来，电子式电流互感器（ECT）和光学电流互感器（OCT）逐步兴起，逐渐取代了传统的电磁式互感器。与传统的电磁式互感器相比，电子式互感器和光学电流互感器（OCT）具有以下优点：优良的绝缘性能、体积小、造价低；不含铁芯，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题；低压侧无开路高压危险；频率响应范围宽；没有因充油而产生的易燃、易爆等危险；电磁兼容性好、保密性强；适应了电力计量与保护数字化、智能化发展的潮流。

目前，光学电流互感器按是否需要一次电源，分为纯光学型（无源）和混合型（有源）两大类。在20世纪60年代，人们利用泡克尔效应（Pockels Effect）和法拉第效应（Farady Effect）研制出了一系列的纯光学电流、电压互感器，方法直接，装置简单，精度高，但是其缺点在于：对振动、温度、安装应光波动性等敏感，测量稳定性较差。

针对这些问题，混合型光学电流互感器应运而生，它的测量精度和可靠性经受了实际工程的考验，技术成熟，应用前景广阔。但是由于在高压端需要供能，增加了系统的成本和复杂性。激光光纤供能方案的发展使得高压供能得以实现，但是此项技术被少数国际公司垄断，价格居高不下，制约了国内电力行业的发展。

因此，降低高压端的功耗成为混合型光学电流互感器的一个发展方向。2001年，华中科技大学提出了通过利用Rogowski线圈、积分器以及压频转换器的OCT方案，使用的是传统的CT供能方案，但是由于压频转换器的功耗较大，OCT整体功耗降低不明显。2005年，加拿大英属哥伦比亚大学和Nxtphase公司联合提出了一种基于LiNbO₃晶体、无源积分器和Rogowski线圈的混合OCT方案，其一次端的功耗为零。但是受晶体非线性和无源积分电路的影响，其实际精度并不理想。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有自供能低功耗的电流互感器设备，电流互感器设备具有自供能和低功耗的功效，同时还提供一张母线电流检测方法，该方法测量精度高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有自供能低功耗的电流互感器设备，该电流互感器设备包括：传感光源、快速可调谐光衰减器、分光比为m：n的第一光纤耦合器、分光比为p：q的第二光纤耦合器、自供能模块、光电反馈控制电路、一次电流传感器和光纤抖动监测模块，传感光源输出端与第一光纤耦合器的输入端连接，第一光纤耦合器的一个输出端与自供能模块连接，第一光纤耦合器的另一个输出端与快速光衰减的光输入端连接，快速可调谐光衰减器的电输入端与光电反馈控制电路连接，快速可调谐光衰减器的光输出端与第二光纤耦合器输入端连接，第二光纤耦合器的一个输出端与光纤抖动监测模块连接，第二光纤耦合器的另一个输出端与光电反馈控制电路连接，光电反馈控制电路与一次电流传感器连接；自供能模块与光电反馈控制电路连接，为光电反馈控制电路供能；m+n=100，且m≥1，n≥1；p+q=100，且p≥1，q≥1。

进一步，所述的自供能模块包括分束器和光电二极管阵列，分束器有一个输入端和N个输出端，光电二极管阵列由N个光电二极管串联而成，分束器的输入端作为自供能模块的输入端，光电二极管阵列的输出端作为自功能模块的输出端，分束器的输入端与第一光纤耦合器的一个输出端连接，分束器的输出端与光电二极管阵列的输入端连接，且分束器的一个输出端和光电二极管阵列中的一个光电二极管连接，光电二极管阵列的输出端与光电反馈控制电路连接，用于供能；N为大于等于2的整数。