光学电流互感器应用分析.docx

光学电流互感器应用分析光学电流互感器应用分析 1、结构 OCT整体结构由电流论文联盟传感部分、信号传输部分和合并单元部分三部分组成。 1.1 电流传感部分 电流传感部分主要包括一次导体、高压壳体和光学电流传感器，其中光学电流传感器采用基于法拉第磁旋光效应原理的传感器。 1.2 信号传输部分 信号传输部分采用光纤复合绝缘子。光纤复合绝缘子由空心套管构成支撑件，套筒内抽真空后填充绝缘脂，以增强绝缘性能。 1.3 合并单元部分 合并单元部分采用标准机箱结构，主要包括二次转换器装置和合并器装置。 1.3.1 二次转换器装置 二次转换器装置主要包括稳压电源插件、信号采集插件、光源插件。 稳压电源插件：用于提供装置所需工作电压，包括+5V、±15V和24V电压输出。 信号采集插件：用于采集、处理并发送电流信息，主要包括光发送模块、光接收模块、低通滤波和模数转换模块以及数据处理和发送模块。 光源插件：用于给传感器提供所需光源。 1.3.2 合并器装置 主要包括同步功能模块、数据接收和处理模块、数据配置和通讯模块和以太网发送模块。 2、主要工作原理 2.1 光学电流传感器 OCT的电流传感器采用基于法拉第磁旋光效应原理的传感器，其原理为线性偏振光通过在磁场环境下的介质时，偏振的方向会发生旋转。它是对被测电流周围磁场强度的线积分，即线偏振光在磁场H的作用下通过磁光材料时，其偏振面旋转了角度，可以用下式描述： 式中V为光学材料的维尔德（Verdet）常数，所谓维尔德常数也就是介质的旋光特性，所有材料都存在法拉第效应，对于抗磁性介质，磁效应最弱，对顺磁性及铁磁性介质，一次一个比一个强，但是只有抗磁性介质的维尔德常数不受温度的影响，其单位是rad/A；H为磁场强度，它是由导体中流过的待测电流引起的；l为光纤在材料中通过的路程；K为磁场积分与被测电流的倍数关系。 只要测量出法拉第旋转角就可以按上式求得磁场强度的大小，即测出产生产生这个磁场的电流大小。 2.2 信号采集插件 信号采集插件主要功能是采集一次电流信息并按二次转换器数字输出的规约向合并器发送，它主要包括： (1)光发送模块，向一次电流传感器发送LED光信号。 (2)光接收模块，接收一次电流传感器传送的经过调制的包含电流信息的光信号，并进行光电转换。 (3)模数转换模块，接收光电转换的模拟电压信号，经低通滤波电路进入模数转换回路转换为数字信号。 (4)数据处理和发送模块，采用32位DSP处理器，其工作频率为150MHz。接收模数转换送入的数字信号并处理恢复一次电流值，按照与合并器约定好的协议进行数据组帧并向合并器发送数字信号；接收同步信号，以保证与其它信号采集插件的信号采样同步。 2.3 合并器 合并器主要功能是同步接收并处理多达9路二次转换器的信号采集插件传来的数字信息，汇总后按照标准规定的格式实时保真地对外提供数字量数据。合并器主要包括以下部分： (1)同步功能模块，保证与合并器相连的多路二次转换器传来的采样数据的同步，并保证全站的合并器能够同步。 (2)数据接收和处理模块，同时接收多路二次转换器传来的数字量数据并对其有效性进行判断，并按二次转换器数字输出的规约进行解帧处理，并按照相关配置信息将这些数据传送给数据配置和通讯模块。 (3)数据配置和通讯模块，接收相关配置信息和数据接收和处理模块传送来的采样数据，并将采样数据按照配置信息分发给以太网发送模块。 (4)以太网发送模块，将从数据配置和通讯模块传送过来的数据按照合并器数字输出的规约组帧，并 通过光纤以太网发送给二次计量、保护等装置。 3、光学电流互感器与传统互感器的比较 与传统的电磁感应式电流互感器相比，光学电流互感器具有如下优点： (1)具有优良的绝缘性能，抗电磁干扰性能好，不存在流变二次开路给设备和人身造成的危害，安全性和可靠性大大提高。 (2)不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题，从而使互感器运行暂态响应好、稳定性好。同时，由于不存在饱和问题，OCT的运用简化了部分微机保护的原理。 (3)有很宽的动态范围，可同时满足测量和继电保护的需要。 (4)频率响应范围宽，可测出高压电力线上的谐波，还可进行电网电流暂态、高频大电流与直流的测量。 (5)可直接与数字化保护和测控设备接口，避免中间环节。 (6)绝缘结构相对简单，不采用油作为绝缘介质，不会引起火灾和爆炸等危险。 但光学电流互感器也并非没有缺点,它在工程应用上的主要问题为：光学系统的长期稳定性还要得到进一步工程应用的检验，环境温度的变化会导致维尔德常数发生变化，LED的发光波长随温度的变化而变化，波长的变化又会导致维尔德常数变化；光学部件准确定位的困难，组装时的应力会导致双折射，利用双光路减弱干扰双折射时光路系统相当复杂，光学系统的加工装配工艺有待提高，光学材料的加工工艺、光路耦合工艺、光路的装配工艺要求都很高；现场校验问题，输出为