[发明专利]一种全光纤电流互感器及其电流测量方法

说明书

本发明提供了一种全光纤电流互感器及其电流测量方法，它主要由传感单元、信号处理单元和合并单元三部分组成。所述传感单元采用法拉第磁光效应原理，用于感应被测导体的电流，并生成光强信号携带Faraday旋光角的数据信息。所述信号处理单元主要完成对传感单元光信号的输入、输出光信号的解析、数字化处理、温度补偿等，并按照规定的同步串行方式进行输出。所述合并单元完成对信号处理单元信息的同步、切换或并列逻辑，并传输给电气测量仪器和继电保护设备。

【技术领域】

本发明涉及一种基于法拉第磁光效应原理的全光纤电流互感器。其适用于GIS的电能计量、继电保护和电量监测。

【背景技术】

电流互感器承担着电力系统中电流的计量作用。作为GIS的重要组成部分，传统的电磁式电流互感器由于其体积庞大、成本高、动态范围小、易产生铁磁谐振、模拟量输出等不利因素，已不能满足智能电网对电流互感器低造价、体积小、线性度好、数字量输出、安全可靠的要求。有源式电子互感器在126～252kV电压等级的开关中应用日益可靠，虽然其具有体积小、数字量输出、无磁饱等优势，但由于其结构及原理的限制，在更高电压等级上的可靠性大大降低，影响智能电网的可靠运行。

【发明内容】

本发明提供了一种全光纤电流互感器及其电流测量方法，效解决传统电磁式互感器体积大、动态范围小、易产生铁磁谐振、开路产生高压、模拟量输出等不利因素，同时解决了有源电子式互感器抗干扰性差、结构复杂、稳定性差等弊端。满足智能电网对电流互感器低能耗、高准确度、安全、可靠的要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于法拉第磁光效应原理的全光纤电流互感器，包括传感单元、信号处理单元，以及合并单元，所述合并单元与电气测量仪器和继电保护设备连接，所述传感单元包括绕制成首尾相接的闭合圆环的传感光纤，该传感光纤的首尾分别熔接有反射镜和转换光纤，所述信号处理单元内设置有光源，该光源发出的光被分为两束光后，经转换光纤转换为旋转方向相反的两束光，经在传感光纤内传输后，被反射镜反射。

所述的转换光纤为螺旋结构双折射光纤，分为递增双螺旋段和均匀双螺旋段。

所述的反射镜熔接在传感光纤的末端，与传感光纤的截面呈45°夹角。

所述传感光纤安装在环形法兰的U形槽内，所述反射镜和转换光纤在U型槽的切线方向相互平行。

所述反射镜和转换光纤沿环形结构的法线方向紧贴布置。

所述转换光纤另一端通过保偏光纤与信号处理单元电连接。

所述的环形法兰为金属材料，上部覆盖绝缘材料的环型盖板，阻断了环形法兰的感应电流。

所述的传感光纤在保护环体中的绕制圈数，是根据被测电流的大小、互感器要求的精度和环体的尺寸决定。

所述信号处理单元包括光路模块、电路模块、电源模块和防护外壳，所述光路模块用于发射、接收和测量光信号，输出两束光的相位差，所述电路模块用于解析两束光的相位差，并以此计算电流，并将结果以数字信号输出。

所述光路模块包括发射光源的激光发射器、对光源发出的光进行耦合的耦合器、将光源分为两束线性偏振光的起偏器，与起偏器连接的调制器，对两束光进行干涉测量的光源探测器。

所述电路模块包括依次连接的信号处理和数字输出，其中，信号处理的输入端进一步连接有温度补偿，消除温度对测量偏差影响。

所述的数字输出将测量结构按照同步串行方式输出给合并单元。

所述的防护外壳，由铁磁材质制成，对放入其中的光路模块、电路模块、电源模块具有相应等级的防电磁屏蔽、防水、防潮功能，同时留有安装及数据输出、输入接口。