[发明专利]光子电压传感器

说明书

本发明使一种包括机械耦合到光学应变感测器(诸如光纤布拉格光栅)的压电致动器的光学电压感测器能够承受雷电冲击，雷电冲击的影响原本会对所述压电致动器和/或其他敏感部件是有害的或破坏性的。因此，被包括在还包括雷电冲击衰减器的光子电压传感器内的所述光学电压感测器能够符合相关标准并且被用于电网中的应用以及被暴露于设备的最高电压。

本发明涉及电力传输和配电领域。更具体地，本发明涉及对光学电压感测器(sensor)和相关布置的改进，其使得这样的感测器能够被用于电网中的应用并且被暴露于设备的最高电压。在本发明的一个实施方案中，通过雷电冲击衰减器保护光学电压感测器免受雷电冲击(lightning impulse，雷电脉冲)的影响。包括光学电压感测器和雷电冲击衰减器的光子电压传感器(transducer)受益于通常设置有电力传输或配电网络的光纤并且在无需对设备和基础设施的大量投资的情况下实现可靠的测量。

背景技术

从保护、控制和监测的角度来看，期望能够实时测量可能包括架空电力线路或电力电缆的输电或配电网络上的电压和电流。期望进行测量和/或监测电网状况的点通常距离变电站或土建结构上部很远的距离(例如大于50km)或者仅仅是难以接入。

特别是，到目前为止还没有一种可靠的方法可以用以在不需要遥感器、本地电源和远距离传送感测器数据的装置的情况下远距离测量这种电压。一般来说，测量这样的电压的方法需要包含有源电子元件的感测器。为偏远地方处的感测器供电并且确保电源的可靠性是一个重大问题。

一些方法利用容纳在电力电缆内的铜辅助导线(pilot wire)向感测器输送电力。这些感测器可以沿着也容纳在电力电缆内的光纤将测量的电压传送回来。然而，尽管光纤准许测量的数据的远距离传送，但电缆内的导线集成增加复杂性(并且增加了成本)并且不适用于架空传输线路。因此，可能需要电信设备来传输测量数据。

替代地，已知安装互感器(transformer)，其将可以为10kV至30kV的初级线路电压向下变换为例如24V至240V的低电压来驱动感测器系统。由于变压器价格昂贵，所以这种方法成本极高。此外，当初级系统上的故障切断感测器的电力时，通过这样的方式供电的感测器系统将停止运行。可以提供备用电池，但是这再次增加了成本、复杂度并且降低了系统可靠性。最后，可以利用各种电力收集(power scavenging)方法，但由于同样的原因，这些方法较差。利用不需要本地电源的无源感测器的方法可以理解地是有益的并且优于上述任何技术。

不幸的是，到目前为止，(例如)经由光纤通信和/或被询问的无源感测器不适合于这样的应用，因为这些无源感测器对可以物理地破坏它们的雷电冲击敏感。可以将过电压火花隙(spark gap，火花放电器)(或气体放电管)与这样的感测器并联连接，但这样的设备可能会非常昂贵，尤其是在考虑在整个电网中大规模部署感测器时。此外，过电压火花隙具有有限的寿命，因为它们的激活可能导致kA级电流并且包含放射性元素Kr85。另外，火花隙将只针对电压电平进行保护，而不针对电压的大转换速率(slew-rate)进行保护，大转换速率仍可能导致感测器的损坏。此外，这样的设备不适于易于安装所需的各种不显眼的和紧凑的封装。

因此，本发明的至少一个方面的目的是消除和/或减轻已知的/先前的布置的一个或多个缺点，例如对诸如电源和电信设备等配套基础设施的依赖。

通过阅读以下描述，本发明的其他目标和目的将变得明了。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种光子电压传感器，包括：

光学电压感测器；以及

雷电冲击衰减器；

其中雷电冲击衰减器与光学电压感测器串联电连接以衰减由光学电压感测器感测到的电压。

提供与光学电压感测器串联的雷电冲击衰减器保护了光学电压感测器免受高振幅冲击——诸如可能由光子电压传感器连接的导体上的雷击引起的高振幅冲击——的影响。