[发明专利]一种多环全光纤电流互感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种配置多个传感光纤环的全光纤电流互感器的结构。

背景技术

在电力系统中，差动电流的计算一般是对两台或多台电流互感器的二次电流做差动运算来实现的。对于主变等各侧电压等级、额定电流均不同的一次设备，选用的电流互感器一般是非同型的，变比也不相同，其动态范围和暂态特性有可能会有较大差异，一方面导致差动不平衡电流较大，另一方面，区外故障时易致差动保护误动。对于发电机、母线等被保护一次设备，一般选用同型电流互感器，但由于制造误差及个体差异，其传变特性也不会严格一致，在不利情况下可能会对保护性能产生较大影响，例如和应涌流可能导致发电机差动保护误动。

国内很多小型水利发电厂和自备电厂，一般安装多台中小型机组，采用多机一变扩大单元接线方式，任一台发电机发生定子接地故障时，所有并列运行的发电机定子接地保护均将动作跳闸，扩大了事故范围。现有的应对方案是：在每台机组的机端安装穿心式零序电流互感器，通过测量零序电流和零序电压之间的相位关系确定接地故障点是否位于本机组内。该方案实现难点在于：采用电磁式穿心CT准确测量微小的安培级零序电流，需要根据机组实际参数量身定制CT，对安装过程要求也很高；而且，对于机端导体采用铜排结构的发电机组，传统电磁式穿心CT受安装空间以及磁场不平衡的影响难以应用。

全光纤电流互感器体积小，重量轻，安装方式灵活，可通过光纤缠绕的方式实现传感线圈的安装；动态范围大，可以较好地满足零序电流的测量需求；全光纤电流互感器有优秀的抗干扰能力，可以有效杜绝传感光纤环外的磁场的影响，且拥有良好的暂态特性，因此在电网或电厂中有广阔的应用前景。

传统的全光纤电流传感器中只会有一个传感光纤环，我们可称之为单环全光纤电流互感器(单环光CT)，如图1所示，单环光CT只能感应该传感光纤环中的电流，因此只能满足一个电流测点的测量需求，无法满足多个测点差电流及合电流的测量需求。

目前对于采用全光纤电流互感器进行差动电流测量或零序电流测量的应用需求中，或类似的需测量数个测点的差电流或合电流的应用需求中，有两种主流的配置方案：

(1)每个测点分别配置一台全光纤电流互感器，分别采集各测点互感器的数据，由保护装置进行同步并计算出差动、零序等合电流。这样的配置方案不受通流导体布置方式及距离的限制，安装方式较为灵活；但是因为每台互感器的精度、温漂、抗干扰、稳定性等特性都有一定的差异，导致了最终计算出的叠加电流精度难以保证，长期运行易出现较大误差。同时多台互感器的配置也增加了成本。

(2)在条件许可时，将各测点同时囊括在一台全光纤电流互感器的传感光纤环中，这样传感环测量到的就是各测点电流的共同作用，其输出即直接为叠加后的合电流值。这样的配置方案，只需一台全光纤电流互感器即可实现对各测点合电流的测量，避免了各测点单独配置电流互感器性能差异造成的影响；但是此方案对各测点通流导体的距离、尺寸、极性等均有较严格的要求，如部分测点距离很远，用一个光纤环同时测量是不现实的；测零序电流时各测点导体的布置不均匀可能造成磁场的不平衡，对电流互感器的测量结果的准确性有很大影响，同时电流互感器传感环尺寸极大，制造工艺很难保证；且只有一个光纤环无法实现两个测点间差动电流的测量。

基于以上分析，本发明致力于研究一种基于Faraday磁光效应的，能够满足多个测点间差电流或合电流测量需求的全光纤电流互感器，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种多环全光纤电流互感器，其可低成本满足对差动电流、零序电流等多个测点差电流或合电流的测量需求，同时提高系统可靠性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种多环全光纤电流互感器，包括一个采集单元和多个传感光纤环，其中，各传感光纤环串联布置，相邻传感光纤环之间通过保偏光纤连接，且首端的传感光纤环与采集单元之间也通过保偏光纤连接。

上述采集单元包括光源、耦合器、相位调制器、光探测器及解调电子电路，其中，光源用于产生符合要求的宽谱光信号；耦合器将前述光信号传输至相位调制器，并将从传感光纤环返回的光信号传到光探测器中；相位调制器对系统中的光信号进行调制，使系统工作在对一次电流敏感的区段并避免低频噪声干扰；光探测器接收耦合器传过来的光信号，将其转换为电信号送入解调电子电路进行运算；解调电子电路对相位调制器施加调制信号并进行返回信号的解调运算，计算出需测量的电流值。