[发明专利]一种光学电流互感器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种光学电流互感器及其控制方法，通过引入可调光衰减器，可以控制返回到光电探测器的干涉信号光功率保持在一定范围内，避免因光源输出光功率的衰减或者起偏器、调制器等器件插入损耗加大等，而导致的光学电流互感器系统测量精度下降或者工作异常，提高了系统的稳定性和可靠性。

技术领域

本发明属于光电仪器领域，特别涉及了一种光学电流互感器。

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，频率特性和暂态特性好，一次端是无源的，抗干扰能力强，安全且绿色环保，且便于数字化，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，全光纤式光学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，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，研究较多的是全光纤式光学电流互感器，其互易反射干涉仪结构的系统光路完全对称，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、温度等由于其良好的互易性而得到很好地抑制，只有由于法拉第(Faraday)磁光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消除振动、温度等环境因素的干扰，较好地探测出电流信息。其一次端只有光纤是无源的，抗干扰能力强，目前已有商用产品，近年来在特高压输电系统中得到了越来越多的应用。

现有光学电流互感器的一个非常重要但是比较薄弱的环节是光源。光学电流互感器检测电流的原理是基于法拉第磁光效应，光源为光学电流互感器系统提供光信号，因此光源是互感器正常工作的基础之一。超辐射发光二极管(SLD)由于其具有输出功率高、光谱宽度宽、短时间相干性和长空间相干性等特点，是光学电流互感器普遍采用的光源。现有技术一般通过温控和恒流驱动两种方法稳定控制SLD的出纤功率。但是，就目前SLD的研制水平而言，在长期运行过程中，其出纤功率衰减和中心波长漂移不可避免的。一般认为，采用闭环信号检测方案的光学电流互感器受光源功率变化影响较小。但是，前期研究实验和实际运行经验表明，如果光源功率衰减严重(超过50％)，闭环光学电流互感器误差可达1.5％以上，不再能满足电力输变电系统计量或保护和控制应用要求。

有报道提到对光学电流互感器的光功率进行闭环控制的技术，即当探测到光源的光功率下降或光电探测器接收到的光功率减小时，自动调节光源的驱动电流使其输出功率增大，来避免光学电流互感器工作异常。然而实际经验表明，当光源的驱动电流增加时，其输出光的光功率变大的同时输出光的中心波长和光谱均变化，中心波长等参数变化会导致光学电流互感器的精度发生变化，当驱动电流变化过大，其引起的光学电流互感器的误差变化也有可能超过1％，也不能满足电力输变电系统计量或直流输电系统保护和控制的应用要求。

光学电流互感器的其它光学器件如起偏器和调制器等也少量存在随时间插入损耗变大的问题，这些光学器件损耗变大也会导致探测器的接收光功率变小，引起光学电流互感器的测量精度劣化或工作异常。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种光学电流互感器及其控制方法，通过可调光衰减器来使光学电流互感器的光电探测器接收到的光功率始终在光电探测器的线性工作区。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种光学电流互感器，包括依次连接的采集单元、传输光纤和光纤传感环；所述光纤传感环包括λ/4波片、传感光纤和反射镜，λ/4波片的一端连接传输光纤，λ/4波片的另一端连接传感光纤，反射镜位于传感光纤的末端；所述采集单元包括光源、耦合器、起偏器、偏振分光器、相位调制器、光电探测器和信号处理器，光源的输出端与耦合器的第一侧的第一端连接，耦合器的第二侧的第一端依次经起偏器、偏振分光器和相位调制器与传输光纤连接，耦合器第一侧的第二端与光电探测器的输入端连接，所述采集单元还包括可调光衰减器，可调光衰减器的设置方式包括如下3种：