[发明专利]一种高精度的光纤电流互感器

说明书

本发明公开了一种高精度的光纤电流互感器，包括采集单元、保偏光缆、传感环圈及导线抱箍，其中，采集单元通过保偏光缆与传感环圈连接，传感环圈上套有导线抱箍。本发明的优点是，1)本发明克服了过去光纤电流互感器单母线结构测量精度有限的技术现状，创新性地提出了光纤电流互感器综合等效匝数的概念，可以根据额定电流和精度要求来设计该参数；2)本发明通过在传感环圈外设计安装一种多匝导线缠绕结构，可通过联合增加导线匝数和光纤匝数来提高光纤电流互感器的综合等效匝数并进而大大提升测试精度，能满足直流换流站不平衡电容塔等特殊应用条件下对安培级甚至更微小交直流电流测量的需求。

技术领域

本发明属于一种光纤电流互感器，具体涉及一种高精度的光纤电流互感器，可用来测量安培级甚至更小的交直流电流。

背景技术

电流互感器是电力系统中一种用来测量电流的基本设备，在保护、测量和计量方面都有普遍的应用。传统电流互感器是基于电磁感应的电磁式互感器，已经应用了上百年时间，为电力系统的发展做出了重要贡献，但随着当代智能电网的发展，电力系统电压等级的提高以及高压、特高压直流输变电系统的发展，这种电磁式互感器的缺陷就逐渐暴露出来了，比如存在磁饱和现象、对故障响应速度不够快、不能同时测量交直流和谐波信号等。近年来，随着光纤和光学器件技术的不断进步，光纤电流互感器得到了快速发展。这种新型互感器基于光纤中的磁光法拉第效应，同时应用了光纤陀螺中的数字闭环检测技术，能够克服传统电流互感器的诸多缺陷，并且具有天然优良的绝缘性能、动态范围大等优点，得到了电力行业广泛关注，并在一定范围内取得了应用。

电力行业常规应用中，待测额定电流通常都是比较大的，往往在百安培或千安培的量级上，但在某些特殊的场合，例如直流换流站内不平衡电容塔间的电流监测点等，需要对安培级甚至更小的电流进行测量，这时一般的光纤电流互感器很难达到所需要的精度。为了解决小电流下的电流测量精度问题，需要开发一种高精度的光纤电流互感器。

专利《高精度全光纤电流互感器》(申请号为：CN201010601079.5)公开了一种高精度互感器，通过信号调制解调单元和相位调制器实现了对光纤电流互感器的相位闭环控制，以提高系统的信噪比。专利《一种高精度高可靠全光纤电流互感器》(申请号为：CN201410125918.9)公开了一种高精度高可靠全光纤电流互感器，通过数字信号处理单元利用第二单模耦合器的两个输出端输出光的相关性，将两束光转换为电信号送入信号处理单元，利用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制，以提高系统的测量精度。但以上专利所提供的两种方法均无法使光纤电流互感器达到对安培级甚至更小电流进行准确测量的精度。

光纤电流互感器传感环圈测量电流产生的相位差Δφ满足以下公式：

Δφ＝4VN1N2I

式中V是光纤的费尔德常数，N1是电流导线穿过光纤传感环圈的匝数，N2是光纤传感环圈中传感光纤的匝数，N1×N2可以看成互感器的综合等效匝数，I是一次电流的大小。在同等电路解算精度的情况下，光纤电流互感器整体测量精度取决于Δφ，即相同电流产生的相位差越大，互感器测量精度就越高。过去光纤电流互感器都设计成让单根一次导线直接穿过传感环圈，相当于N1＝1,而考虑到结构空间、综合性能和产品成本等因素，N2的提高是有限度的，这样互感器就无法准确测量安培级甚至更微小的电流。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度的光纤电流互感器，通过一种多匝导线缠绕结构，增加一次电流导线的匝数来提高光纤电流互感器的综合等效匝数并进而大大提升测试精度，满足直流换流站不平衡电容塔等特殊应用条件下对安培级甚至更微小交直流电流测量的需求。

本发明是这样实现的，一种高精度的光纤电流互感器，包括采集单元、保偏光缆、传感环圈及导线抱箍，其中，采集单元通过保偏光缆与传感环圈连接，传感环圈上套有导线抱箍。

所述的传感环圈包括四分之一波片、传感光纤、反射镜、保偏光缆、底座、光纤骨架和上盖。