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光纤电流互感器的提出及研制
光纤技术测量电流始于20 世纪60 年代,1963 年美国就已经在230kV 变电站中挂网运行。1979 年英国挂网运行了全光纤互感器,1993 年我国在广东电网运行了华中科技大学研制的光纤电流互感器;进入2000 年后,许继集团联合华北电力大学,南瑞集团联合航天科技,ABB、西安创维等都在国内电网上试运行了光纤电流互感器;近几年上海嘉定变电站等投运了光传感电流互感器。
以上的技术和产品主要集中在高电压等级的主网,在中压领域开展光纤传感技术研究,国内尚未有实际应用产品。
而在国外,拥有150 万客户的丹麦最大电力公司 DONG Energy 在2002 年提出需求:“希望能有产品在不停电、不破坏现有运行设备的条件下,具有检测中压电缆线路故障和电流的精确测量功能。”经广泛调查后发现市场上没有符合条件的标准定型产品,为此,DONG Energy 发起并联合丹麦大学光学实验室及相关机构,组织了公司专攻技术与工程应用。2004 年,光纤电流互感器在DONG Energy 实现了现场运行,配电终端以光纤互感器为基础,具有“技术先进、功能实用、安装便捷、适应智能电网需求、可靠性高”等特点,目前在全世界20 多个国家的配电网领域得到实际运行应用。
经过了工程实践和不断完善,以光纤电流互感器为主体组成的配电网自动化系统,已成为一个专业的、相对成熟的技术产品体系。
光纤传感配电终端通过光纤电流互感器来采集运行时的电流量,配合FTU/DTU所采集的电压量,可以将有功功率、无功功率、频率等信息进行精确计算,以及判断短路故障电流、接地故障和故障距离等,采集精度高,计算量准确;还有多路信号采集回路及控制输出回路;通过通信模块,以网络RJ 45、无线GPRS 及串行RS 485/232为物理接口, 以IEC 60870-5-101/104 和CDT 协议和配电网自动化系统主站实现双向数据交互。也可以通过IEC 61850 协议,实现光纤电流互感器独立发布数据。
光纤电流互感器的设计原理及实现基本原理
当一束线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度β 与磁感应强度B 和光穿越介质的长度d 的乘积成正比,即β=VBd ,比例系数V 称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第磁光效应。
光纤电流互感器基本结构
LED 发出的光源,经过光学准直镜头以后,形成平行光进入起偏器,经过起偏器以后转变为线偏振光,当线偏振光经过安装在导线上的磁光晶体时,导线中的电流产生的磁场将使光的偏振方向发生偏转,偏转后的偏振光通过检偏器,检测出偏振面旋转的角度。
经过检偏器以后的变化了光强的光,经过第二光纤后由光处理模块上的光电探测器接收,并把它转换成电信号,然后经过相关电路检出其光强变化,再经过信号处理、信息提取等智能过程,从而实现对导体内电流强度的检测。图1 为光纤电流互感器的结构示意图。
图1 光纤电流互感器基本结构示意图
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