全光纤电流互感器简介

全光纤电流互感器电流互感器•电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，能将大电流变成小电流，用于量测或保护系统。其功能主要是将大电流按比例变换成标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时电流互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。在国内外的用途非常广泛。•按用途分类：–测量用电流互感器（或电流互感器的测量绕组）。在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息；–保护用电流互感器（或电流互感器的保护绕组）。在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息。全光纤电流互感器研发背景电力系统等级提高，传统设备难以适应电网需求•含有铁心，易饱和，对线路上的暂态信号不能响应；•绝缘结构复杂，尺寸大，造价高，设备安装检修不方便；•存在潜在危险，如果二次负载出现开路就会产生高电压，危害设备和人身的安全，含油的互感器还有爆炸的危险；•不能适应电力系统数字化这一趋势，与数字设备接口时，需要加电流变换器；•早期的光纤型传感器的稳定性与可靠性由于其设计结构的自身缺陷而无法满足长期监测的需求全光纤电流互感器研发背景国家电网公司“十二五”电网发展规划及节能减排政策的要求•专项规划四：国家电网公司“十二五”电网智能化发展规划的要求，“十二五”期间完成全光纤电流互感器和电压互感器的研制；•“十二五”期间，国家电网公司将新建110（66）kV及以上电压等级智能变电站5100座、变电站智能化改造约1000座。预计到2015年，国家电网公司经营区域110（66）kV及以上电压等级智能变电站将占变电站总座数的30%左右。该技术的推广率可达50%，形成的年节能能力约100万tce。•2013年国家发改委决定2年投资18亿进行全光纤电流/电压设备的研制国内外研究开发现状国外发展现状•ABB、西门子（20世纪90年代）•研制成功开环方案的磁光玻璃式OCT•ABB、Nxtphase（2004）•研制成功新型光纤电流互感器，准确度达到0.2级国内发展现状•高校学术探索（20世纪90年代以来）•南瑞航天研制的光纤电子式电流互感器，有少量工程应用全光纤电流互感器原理•法拉第磁光效应全光纤电流互感器结构载流体光源1/4波片光纤传感环信号处理实验室第二代样机未封装实物图光纤传感环实验室模拟高电流载流体全光纤电流互感器公司产品创新点与传统电流互感器比较：公司产品创新点应用创新：全光纤型的电流互感器，通过测试法拉第相移（即VNI）检检测电流，通过调节光纤匝数N可实现不同灵敏度不同测试范围电流测量。满足不同场合不同客户测试要求。技术创新：我们采用单光路反射式结构设计电流传感器。通过这种巧妙结构，与双路sagnac型相比，可有效减低由于光路失衡带来的误差，提高系统抗震性能。传感头用全光纤设计，与磁光玻璃式传感头相比，传感头工艺简单，不易损坏，长期稳定性高。公司产品创新点国内同类产品比较国内全光纤电流计的研发大都依托成熟的光纤陀螺技术，在检测方案上采用闭环检测方案，这就无法避免死区现象的出现；且闭环方案中的调制器为铌酸锂相位调制器，一方面长期使用易老化，稳定性差，另一方面加大了系统的成本（铌酸锂调制器成本上万，PZT调制器则百元左右）。少数采用开环检测的单位，虽然样机测量精度可达0.2S级，但是因为传感头及波片设计的不够精确，信号处理不够合理，根据国网电力科学院的测试结果看，这些互感器挂网测试过程中的可靠性和稳定性较差，故障率较高。本项目采用开环信号解调方案，通过解调输出信号一次、二次、及四次谐波及DSP技术保证锁定调制信号，并且确保了解调结果不随光源功率变化，与闭环测试方案相比，避免了死区现象的出现。已申请专利实验室测试结果本公司投入大量人力物理集中解决导致长期运行稳定性差的问题，避免了死区现象的出现，完善了传感头设计、波片设计，通过实验测试，已掌握其核心技术，测试结果稳定性可稳定在0.2%以内，测试灵敏度达到mA量级。（1）零漂（零偏稳定性）常温零漂零偏均在1A以下，满足大电流测试（1KA以上）误差0.1%，小电流（1KA以下）误差1%要求。实验室测试结果（2）线性度实验室测试结果（3）标度因数非线性度以相同条件，不同方法下测试所得的标度因数的标准差表征，根据目前的结果来看，标度因素的非线性度为0.0353A。（4）测试范围与带宽开环条件下测试范围0A-400KA，带宽6KHz