[实用新型]一种光学电流互感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学电流互感器，尤其涉及一种适用于柔性直流输电系统的快速响应的高精度全光纤电流互感器。

背景技术

光学电流互感器具有体积小、重量轻，绝缘结构简单，无磁饱和和铁磁谐振以及二次开路等问题，动态范围大、响应频带宽，暂态特性好，便于数字化等优点，更能适应电力系统的需求。光学电流互感器按光路结构可分为磁光玻璃式和全光纤两类，全光纤式电流互感器利用光纤作为电流传感材料，系统各元件均是通过光纤熔接连接而成，无分立元件，结构简单，抗振动能力强，连接可靠，长期稳定性好，是电流互感器制造商重点研发的方向。

目前研究较多的是互易反射干涉仪结构的光学电流互感器，系统光路完全对称，两束偏振光始终在同一根光纤的两个正交模式上传输，大多数干扰如振动等由于其良好的互易性而得到很好地抑制，只有由于Faraday效应在一次导体周围的光纤传感环中产生的与电流成正比的相移是非互易的，因而这种光学电流互感器能排除振动、温度等环境因素的干扰，较好地探测出电流信息。

全光纤式光学电流互感器测量动态范围大，一个光纤传感环能同时满足测量和保护的需求,可以同时测量直流和交流电流,而且其一次端只有光纤是无源的，抗电磁干扰能力强，近年来在交流特高压控制保护和直流输电系统中得到了越来越多的应用。

与传统直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。柔性直流电网与交流电网有较大不同，其故障有故障电流上升时间快，故障定位困难，影响范围广等特点。故柔性直流系统对测量设备的响应时间、动态范围和精度要求极高。

目前常规交流和直流输电系统要求光学电流互感器的采样率一般为4kHz(交流)或10kHz(直流)，额定延迟时间小于500uS，阶跃响应上升时间不超过400uS即可，这也是大多数光学电流互感器能满足的技术水平。而柔性直流输电系统对光学电流互感器响应时间和输出数据的采样频率提出了更高的要求，要求光学电流互感器阶跃响应时间不超过100uS，输出电流数据的采样频率不低于50k。

光学电流互感器的光路系统的纯延时τ(系统中两束正交偏振光在干涉之前的渡越时间)决定了系统的调制频率，而调制频率则限制了电流数字信号最高采样频率；另一方面影响光学电流互感器阶跃响应时间的主要因素有两个：信号处理系统的相频特性造成的延时和互感器的纯延时，而影响其阶跃响应时间的主要原因是解调输出信号波动范围较大，需要进行积分修正并反馈和作为系统数字输出，此过程加大了光学电流互感器的纯延时，从而加大阶跃响应死区时间。

本实用新型就是针对柔性直流输电系统应用需求，提出一种响应快、延迟时间短、电流数据采样速率高的高精度光学电流互感器解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种能满足柔性直流输电系统需求的、数据输出采样频率高、阶跃响应时间短的高精度光学电流互感器。

为了达成上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种光学电流互感器，由采集单元1、传输光纤3和光纤传感环2组成。所述采集单元1包括光源4、光电探测器5、分束器6、集成光学组件7和保偏光纤环8，以及包含光源驱动和信号调制解调功能的电子电路9。所述集成光学组件7由偏振模块71和双折射调制模块72组成，偏振模块71的透光轴和双折射调制模块72的主轴成45°或者135°。所述光纤传感环2包含λ/4波片10，传感光纤11和反射镜12。光源4的尾纤与分束器6输入光纤连接，分束器6另外两光纤分别连接光电探测器5和集成光学组件7的输入光纤；集成光学组件7的输出光纤与保偏光纤环8尾纤连接，保偏光纤环8的另一尾纤与传输光纤3的一端连接，传输光纤3的另一端与光纤传感环2的λ/4波片10熔接，波片10另一端与传感光纤11熔接，反射镜12位于传感光纤11尾端，其中，λ为所述光源的中心波长。