[发明专利]一种全光纤电流互感器

说明书

本发明涉及一种全光纤电流互感器，包括相位调制器以及光电探测器，相位调制器设置有地电极、第一调制电极和第二调制电极；还包括与光电探测器的输出端分别连接的第一A/D转换电路和第二A/D转换电路，第一A/D转换电路依次连接第一数字信号处理单元和第一D/A转换电路，第二A/D转换电路依次连接第二数字信号处理单元和第二D/A转换电路；第一D/A转换电路通过第一地线和第一调制信号线分别对应连接相位调制器的地电极和第一调制电极，第二D/A转换电路通过第二地线和第二调制信号线分别对应连接相位调制器的地电极和第二调制电极。该全光纤电流互感器能够较大程度降低工程成本，满足继电保护的配置要求，并具有测量准确度和可靠性高的优点。

技术领域

本发明涉及一种电流互感器技术领域，特别是一种新型的能实现多路独立采样及闭环反馈的全光纤电流互感器。

背景技术

电流互感器在电网中起着精确快速测量电流的作用，是智能电网的核心设备。电子式电流互感器是综合利用现代微电子、计算机及光电技术发展起来的新型互感器，能够解决传统互感器绝缘复杂、安全性差的难题。基于法拉第磁光效应的全光纤电流互感器能够对高压电流实现非介入式传感测量，与“互感”原理完全不同，是高压电子式电流互感器的主要发展方向。

目前通常的全光纤电流互感器技术方案是通过一个相位调制器实现电流信号的闭环检测，从而大大提高了互感器的测量精度与长期稳定性。如图1所示的传统的全光纤电流互感器的结构图，包括光源101、分光器102、相位调制器103、传感元件104、光电探测器105、A/D转换电路106、数字信号处理单元107和D/A转换电路108等器件。其中，相位调制器103、分光器102、光电探测器105、A/D转换电路106、数字信号处理单元107和D/A转换电路108形成闭环结构。光源101发出的光通过分光器102进入相位调制器103，在相位调制器103中经相位偏置和相位补偿后通过保偏光纤进入传感元件104(Y型光电相位调制器需要经过一支保偏耦合器或分束器合光后与传感元件104相连)，传感元件104通常由1/4波片1041、传感光纤环1042和反射镜1043组成，偏振光在传感元件104中经反射镜1043反射后沿原光路返回至分光器102的另一端被光电探测器105探测转为电压信号。数字信号处理单元107控制A/D转换电路106对光电探测器105的输出电压进行采样，把采样值进行解调计算后得到测量到的电流值并输出，同时控制一个D/A转换电路108把偏置相位与电流补偿相位施加至相位调制器103，完成一个周期的调制解调。

在智能电网的实际应用中，对电子式电流互感器的配置提出了双重化的要求。在Q/GDW_441-2010《智能变电站继电保护技术规范》6.3.1规定：“电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集，每路采样系统应采用双A/D系统接入MU，每个MU输出两路数字采样值由同一路通道进入一套保护装置，以满足双重化保护相互完全独立的要求。”针对有源电子式电流互感器，其为单向A/D转换电路采集数据的方式，很容易实现对一路传感信号的双A/D采集。而对于全光纤电流互感器，由于采用了闭环反馈的信号处理方式，除A/D转换电路外，还有D/A转换电路，相位调制器均只有一对调制电极对外连接，只能由一块D/A转换电路与其相连，闭环反馈的D/A转换电路与相位调制器的具体连接是将D/A转换电路的输出通过线缆(一根地线和一根调制信号线)分别对应连接相位调制器对外开放的两电极端头(一个地电极和一个调制电极)，且D/A转换电路输出的电流数值是积分处理的数据，难以通过增加A/D转换电路实现双A/D采样，即难以实现对采样电路整体双重化的目的。因此，在《智能变电站继电保护技术规范》中对全光纤配置方式规定为：“每套全光纤电流互感器内宜配置四个保护用传感元件，由四路独立的采样系统进行采集，每两路采样系统数据通过各自通道输出至同一MU”。综上原因，标准中规定的配置方式使全光纤电流互感器的用量加倍，如图2所示的配置图，图中未显示出相位调制器、分光器、光源和光电探测器等部件，数字信号处理单元采用FPGA，满足双采样双重化要求的共采用四套全光纤电流互感器，使得应用成本加倍，导致许多用户难以接受，严重阻碍了全光纤电流互感器的推广应用。

发明内容