[发明专利]基于磁控光栅光阀的电流互感器及检测母线电流的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统监测领域，具体来说，涉及一种基于磁控光栅光阀的电流互感器及检测母线电流的方法。

背景技术

国民经济的快速发展，使得电力的需求日益增长。电力系统在各个环节具有信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。测量电流是一种获取电力系统信息的常规手段。目前电力系统中大量使用的传统电磁式电流互感器存在着磁饱和、电磁干扰、动态范围小、频带范围窄以及易燃易爆等问题。

为了解决这一问题，人们开始研究电子式互感器(英文简称：ECT)。电子式互感器具有电磁式互感器所不具备的优点：优良绝缘性、体积小、价格低、无磁饱和现象、无高压开路危险、频率响应宽、适应电力计量和保护数字化、智能化发展的潮流。

目前，电子式互感器分为全光型和混合型两种。全光型电流互感器无需高压供电，简化了高压端的设计，但是灵敏度以及易受温度等因素影响，稳定性和可靠性存在问题。混合型电流互感器技术相对比较成熟，具有广阔的应用前景，但是高压端需要供电，增加了系统复杂度。同时，高压端供电技术被国际少数几家大公司垄断，制约了国内电力行业的发展。

如何有效地解决全光型电流互感器稳定性和可靠性的问题成为了混合型电流互感器的一个发展方向。1996年，加拿大的Calgary大学提出了利用SF6玻璃的法拉第效应来测量母线电流，但是由于这种方法对机械加工工艺要求较高，精度难以提高。2005年，加拿大的NxtPhase公司提出了利用铌酸锂IOPC来测量母线电流的方案，但是由于其输入、输出光纤分别使用偏振光纤和保偏光纤，成本高，难以大规模应用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于磁控光栅光阀的电流互感器，该电流互感器具有无需供能的功效。同时，还提供了利用该电流互感器检测母线电流的方法，该方法结构易操作，且价格低廉。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于磁控光栅光阀的电流互感器，该电流互感器包括高压母线、光源、磁控光栅光阀、光电接收机、AC/DC分离模块、除法器和输出电压值；所述的光源的输出端与磁控光栅光阀的输入端连接；磁控光栅光阀的输出端与光电接收机的输入端连接；光电接收机的输出端与AC/DC分离模块的输入端连接；AC/DC分离模块的输出端与除法器的输入端连接；除法器的输出端与输出电压值连接；高压母线与磁控光栅光阀平行，且高压母线位于磁控光栅光阀一侧，光源和光电接收机位于磁控光栅光阀另一侧。

进一步，所述的磁控光栅光阀包括硅衬底、支柱、永磁材料层、贯通孔、恒磁源、输入光纤和输出光纤，输入光纤作为磁控光栅光阀的输入端，输出光纤的输出端作为磁控光栅光阀的输出端；支柱固定连接在硅衬底上，永磁材料层固定在支柱上，永磁材料层中设有n个贯通孔，输入光纤的输出端与永磁材料层的顶面相对，输出光纤的输入端与永磁材料层的顶面相对，恒磁源固定连接在输入光纤的输出端与输出光纤的输入端之间；其中，n为大于或等于1的正整数。

进一步，所述的支柱为两个，分别固定连接在硅衬底顶面两端。

进一步，所述的支柱上设有水平贯通的通孔，永磁材料层嵌至在支柱的通孔中。

进一步，所述的输入光纤和输出光纤均为单模光纤，输入光纤的输出端面为斜8°。

进一步，所述的永磁材料层由铝镍钴合金制成。

进一步，所述的贯通孔为圆形。

一种利用上述的电流互感器检测母线电流的方法，该方法包括以下过程：启动光源，光源产生的光经输入光纤传输至永磁材料层，一部分光被永磁材料层反射，另一部分光透过贯通孔传输至硅衬底的表面；传输至硅衬底表面的光中，一部分光经过硅衬底的反射穿过贯通孔，与被永磁材料层反射的光形成干涉，产生干涉光，干涉光传输至输出光纤中，当高压母线的母线电流发生变化时，磁控光栅光阀对光源产生的光的衰减也发生改变，根据μ＝P_in·α·I·β/A，由输出电压值测算出高压母线的母线电流变化；其中，μ表示输出电压值，P_in表示光源的功率，I表示高压母线的母线电流，α表示磁控光栅光阀的光衰减度与高压母线的母线电流的比值，β表示光电接收机的响应度，A表示经过AC/DC分离模块分离得到的DC分量的幅值。