电力系统用光电电流互感器的发展

1、2002年第12期51电力系统用光电电流互感器的发展方志1, 段乃欣1, 朱周侠1, 邱毓昌1, 李双2(11西安交通大学电气学院, 陕西西安710049; 21, 关键词:光电电流互感器; 全光式光电电流互感器; 摘要:随着现代电力系统的发展, 而光电互感器为这些问题的解决带来了答案。:(M OCT ; 另一类则为混合式光电电流互感器(HOCT 。, 并分析了这两种互感器在研究中遇。:B 文章编号:100129529(2002 1220051203, 推动了新型光电式电流互感器的研究与应用。和传统的电流互感器相比, 光电式电流互感器(O CT 有如下优点:不含油、尺寸小、绝缘结构简单, 不会

2、有安全隐患; 不含铁心, 不会有磁饱和现象; 测量带宽和精度高; 使用光纤传输信号, 可以有效地防止电磁干扰; 其输出可以方便地与计算机接口。发达国家在20世纪60年代就开始O CT 研究, 到90年代初(2 混合式光电电流互感器。其高压部分无光学元件, 而采用有源电子线路, 利用光纤的耐高压特性, 作为信号传输通道。使得电流互感器无论从重量上还是从体积上都有很大的改善。由于其高压侧需要供电电源, 所以也称为有源型O CT 。2全光式光电电流互感器211工作原理和结构M O CT 的工作原理为普遍采用的法拉第磁期就已初具商品使用价值。美国的五大电力公司各自在1982年左右成立了O CT 专题研

3、究小组, 且研制成功了161kV 独立式O CT (19861988 ; 161kV 组合式光纤电流互感器(O CT 光学电压互感器(OV T 和161kV 的继电保护式1, 2。ABB 公司在这方面的研究也取O CT (1987得了很大的进展, 1991年6月ABB 电力T &D 有限公司公布了用于计量和继电保护用的345kV电站的O CT 系统, 并在运行4个月后, 与标准电流互感器比较, 误差仅014%。目前, ABB 公司不仅电压等级从7215kV 到800kV 的交流数字光电式O CT , 而且也有直流数字光电式O CT , 并在多个地区挂网运行。在我国, 清华大学和华中理工

4、大学研制的光电式电流互感器也分别于1991年和1993年挂网运行4。3光效应:当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时, 线偏振光的偏振面就会线性随着平行于光线方向的磁场的大小发生旋转; 通过测量载流导体周围线偏振光偏振面的旋转角度, 就可间接地测量出导体中的电流值。如图1所示, 为线偏振光偏振面的旋转角度, H 为光路上的磁场强度, J 、E 为对应于各部分光的光强及其电矢量。根据理论推导, 可得:I =-2J dc V tan (1式中I 载流导体中的电流;直流分量, 可由光J ac 、J dc 光强的交流、电转换测定;V 磁光材料的V erbet 常数;1光电式电流互感器的分类光电式电流

5、互感器主要分为以下两类:(1 全光式光电电流互感器。利用法拉第(Faraday 磁光效应的原理, 所以又称为M O CT 。因为它在高压侧不需要供电电源, 所以也称为无源型O CT 。起偏器与检偏器的夹角。例如, ABB 公司生产的M O CT 的结构系统由3部分组成:光发射部分、光路部分和光接收部分。其工作原理是:L ED 发出的光信号经过光纤传送到高电位的光学传感器中, 在导体被测电流产生的磁场作用下, 使线性偏振光的偏振平面发生偏转, 线性偏振光经过检偏器转换成含有偏转 52华东电力2002年第12期混合式光电电流互感器是利用空心线圈或带铁心的线圈采样电流信号, 然后通过光纤把采样到的信

6、号传送到低压侧的数据处理系统。由于带铁心的线圈的固有缺点, Rogow sk i 信号0。由于, 测量范围几乎不Rogow sk i 线圈的结构示意图, 整, 线圈的总匝数为N , 线圈的横截面积为A , 则通过线圈的电流在线圈上感生的电动势和导体中流过电流的变化率成正比, 即:(2 E =H (d l d t 式中H 线圈的灵敏度=4×10-7N A 。如果线圈的输出和一个积分器连接, 则积分器的输出就和所要测量的电流成正比。理论证明:只要线圈绕制均匀, 则无论母线位于环形线圈内任何位置, 互感系数M 始终是一个常数, 空心环形线圈的感应电动势反映穿心母线电流大小。另外, Rogo

7、w sk i 线圈是靠电磁感应原理来测量电流的, 较强的外磁场将对其二次绕组和测量回路产生干扰, 故需屏蔽罗氏线圈, 以减小测量误差。图3为一种采用Ro 2gow sk i 线圈作为传感头图1法拉第磁光效应原理图角度信息的光强度信号, 位的接收部分, , 。212虽然M , 但是要取代传统的电流互感器它还存在一些需要解决的技术难点, 主要有以下几方面:(1 双折射效应的影响双折射效应对M O CT 的影响主要是使入射到磁光材料的线性偏振光变成椭圆偏振光, 从而使检偏器的输出光强度变化不与被测电流成正比。这大大影响了M O CT 的灵敏度和测量精度。目前, 关于双折射问题的研究很多, 但都是针对

8、某一种类型的M O CT 。对于通用的M O CT , 至今还没有找到实用的解决方法。为了提高M O CT 的测量精度和灵敏度, 应该对产生双折射效应的途径进行具体的研究, 从而找到相应的解决办法。(2 干扰问题在测量的过程当中, 由于M O CT 采用的是磁光效应的原理, 因而它所测的导体就会受到导体周围的磁场的影响而产生干扰问题, 进而造成一定的测量误差而影响测量结果。(3 温度的影响M O CT 的重要部件是Farady 晶体, 而晶体来取电流信号的混合光电电流互感器的示意图。其测量原理为:当被测电流i 通过Rogow sk i 线圈时, 在线圈出线端感应出电势e , e 与初级电流i

9、的图2Rogow sk i 线圈变化率d i d t 成比例。该信号经积分器得到一个与i 成比例的电压信号; 接着在高压端通过发射电路把这个电压信号变成频率调制光脉冲信号。再把这个光脉冲信号通过光纤传到低电位, 在低电位端, 经接收电路变换把光信号解调为电信号, 对信号进行处理, 还原成所测量的电流信号。312HOCT 研究的主要技术难点目前, HO CT 的研究主要存在以下技术难点:(1 传感头取信号绕组即采样绕组的制作。的特性随温度的变化会有一些变化。这些变化会影响系统的性能, 从而给测量系统带来一定的误差。(4 振动问题当测量的光学系统受到干扰时, 就会产生振动问题。振动问题产生的主要原

10、因有:电路的开关动作、环境或人为干扰。3混合式光电电流互感器311工作原理和结构2002年第12期53核电厂接地网的测试与分析王建成( 核电秦山联营有限公司, 浙江海盐关键词:接地网; 热稳定; 防腐蚀摘要:介绍了秦山第二核电厂接地系统的测试, 。中图分类号:TM 152文献标识码:B :10012( 122005320311所示。网格形铜网 埋设在设备和建筑的基础垫层(素混凝土 下面, 深2m 。1113极法测量误差补偿式中D 被测区域的最大对角线长度;d GC 接地极与电流极之间长度; d CP 电流极与电压极之间的长度; d GP 接地极与电压极之间的长度。要求得接地电阻真值、应获得的补

11、偿条件是:-d GC对于均匀土壤、半球性电极, 根据主接地网3极法测量公式, 其接地电阻值为:R g =+d CP-d GP=0(2要满足式(2 , 一种方法是让d GC 、d CP 、d GP 都趋于无穷大, 即远离被测点与接地网, 工程上一般采用足够远的距离来近似。若按三角形确定G 、计的一个主要关键。(3 HO CT 高压侧的电子电路需要有电源供应才能够正常运行, 因此, 如何解决高压侧的电源问题是混合式光电电流互感器的一个难点。目前主要有3种解决电源的方法:a . 由母线电流的电磁感应产生;b . 由低压侧将电能转换成光能, 然后通过光纤将能量传输到高压侧;c . 在高压侧用电池解决。

12、参考文献:-+-2D d GC d CP d GP(1图3HOCT 结构示意图1N ing Y N , W ang Z P , Pal m er A W . R ecent p rogress in op tical current sensing technique J . strum 11995; 66(5 :3097231111R ev Sci In 2采样绕组可以用传统的电流互感器, 但用传统互感器仍然存在磁饱和问题。由于传感头信号电源输出容量很小, 所以Rogow sk i 线圈已能满足要求。因此, 如何设计低功率输出、结构简单、线性度良好的Rogow sk i 线圈就显得尤为重要。(2 由于Rogow sk i 线圈输出的为电流信号, 而后边的电子电路处理的是电压信号, 所以在这种互感器中通过需要一个积分器把电流信号变换为电压信号, 因此如何选择合适的积分器也是设2. D evelopm ent Kobayash i S , Ho ride A , T akagi I , et aland field test evaluati on of op tical current and vo ltage transduer fo r gas insulated s w eacher J . IEEE trans on