一种高精度的光纤电流互感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度的光纤电流互感器，包括采集单元、保偏光缆、传感环圈及导线抱箍，其中，采集单元通过保偏光缆与传感环圈连接，传感环圈上套有导线抱箍。本发明专利技术的优点是，1)本发明专利技术克服了过去光纤电流互感器单母线结构测量精度有限的技术现状，创新性地提出了光纤电流互感器综合等效匝数的概念，可以根据额定电流和精度要求来设计该参数；2)本发明专利技术通过在传感环圈外设计安装一种多匝导线缠绕结构，可通过联合增加导线匝数和光纤匝数来提高光纤电流互感器的综合等效匝数并进而大大提升测试精度，能满足直流换流站不平衡电容塔等特殊应用条件下对安培级甚至更微小交直流电流测量的需求。

A high precision optical fiber current transformer

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的光纤电流互感器
本专利技术属于一种光纤电流互感器，具体涉及一种高精度的光纤电流互感器，可用来测量安培级甚至更小的交直流电流。
技术介绍
电流互感器是电力系统中一种用来测量电流的基本设备，在保护、测量和计量方面都有普遍的应用。传统电流互感器是基于电磁感应的电磁式互感器，已经应用了上百年时间，为电力系统的发展做出了重要贡献，但随着当代智能电网的发展，电力系统电压等级的提高以及高压、特高压直流输变电系统的发展，这种电磁式互感器的缺陷就逐渐暴露出来了，比如存在磁饱和现象、对故障响应速度不够快、不能同时测量交直流和谐波信号等。近年来，随着光纤和光学器件技术的不断进步，光纤电流互感器得到了快速发展。这种新型互感器基于光纤中的磁光法拉第效应，同时应用了光纤陀螺中的数字闭环检测技术，能够克服传统电流互感器的诸多缺陷，并且具有天然优良的绝缘性能、动态范围大等优点，得到了电力行业广泛关注，并在一定范围内取得了应用。电力行业常规应用中，待测额定电流通常都是比较大的，往往在百安培或千安培的量级上，但在某些特殊的场合，例如直流换流站内不平衡电容塔间的电流监测点等，需要对安培级甚至更小的电流进行测量，这时一般的光纤电流互感器很难达到所需要的精度。为了解决小电流下的电流测量精度问题，需要开发一种高精度的光纤电流互感器。专利《高精度全光纤电流互感器》(申请号为：CN201010601079.5)公开了一种高精度互感器，通过信号调制解调单元和相位调制器实现了对光纤电流互感器的相位闭环控制，以提高系统的信噪比。专利《一种高精度高可靠全光纤电流互感器》(申请号为：CN201410125918.9)公开了一种高精度高可靠全光纤电流互感器，通过数字信号处理单元利用第二单模耦合器的两个输出端输出光的相关性，将两束光转换为电信号送入信号处理单元，利用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制，以提高系统的测量精度。但以上专利所提供的两种方法均无法使光纤电流互感器达到对安培级甚至更小电流进行准确测量的精度。光纤电流互感器传感环圈测量电流产生的相位差Δφ满足以下公式：Δφ＝4VN1N2I式中V是光纤的费尔德常数，N1是电流导线穿过光纤传感环圈的匝数，N2是光纤传感环圈中传感光纤的匝数，N1×N2可以看成互感器的综合等效匝数，I是一次电流的大小。在同等电路解算精度的情况下，光纤电流互感器整体测量精度取决于Δφ，即相同电流产生的相位差越大，互感器测量精度就越高。过去光纤电流互感器都设计成让单根一次导线直接穿过传感环圈，相当于N1＝1,而考虑到结构空间、综合性能和产品成本等因素，N2的提高是有限度的，这样互感器就无法准确测量安培级甚至更微小的电流。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精度的光纤电流互感器，通过一种多匝导线缠绕结构，增加一次电流导线的匝数来提高光纤电流互感器的综合等效匝数并进而大大提升测试精度，满足直流换流站不平衡电容塔等特殊应用条件下对安培级甚至更微小交直流电流测量的需求。本专利技术是这样实现的，一种高精度的光纤电流互感器，包括采集单元、保偏光缆、传感环圈及导线抱箍，其中，采集单元通过保偏光缆与传感环圈连接，传感环圈上套有导线抱箍。所述的传感环圈包括四分之一波片、传感光纤、反射镜、保偏光缆、底座、光纤骨架和上盖。所述的传感环圈，其中，保偏光缆进入传感环圈后与四分之一波片45度对轴连接，四分之一波片之后是传感光纤，传感光纤缠绕在光纤骨架上，反射镜在传感光纤末端，与四分之一波片并排靠在一起，光纤骨架、四分之一波片与反射镜固定在底座上，上盖封闭底座。所述的传感光纤缠绕在光纤骨架上，并通过胶进行固定，所述的四分之一波片用胶进行固定。所述的反射镜用胶进行固定。所述的传感环圈外部固定一个导线抱箍。所述的导线抱箍分为上下两部分，合在一起固定在传感环圈上。所述导线抱箍上缠绕导线。本专利技术的优点是，1)本专利技术克服了过去光纤电流互感器单母线结构测量精度有限的技术现状，创新性地提出了光纤电流互感器综合等效匝数的概念，可以根据额定电流和精度要求来设计该参数；2)本专利技术通过在传感环圈外设计安装一种多匝导线缠绕结构，可通过联合增加导线匝数和光纤匝数来提高光纤电流互感器的综合等效匝数并进而大大提升测试精度，能满足直流换流站不平衡电容塔等特殊应用条件下对安培级甚至更微小交直流电流测量的需求。附图说明图1为本专利技术所提供的一种高精度的光纤电流互感器示意图；图2为传感环圈示意图；图3为图2的A-A向剖视图；图4为传感环圈和导线抱箍示意图；图5为导线抱箍示意图。图中：1采集单元，2保偏光缆，3传感环圈，4导线抱箍，5四分之一波片，6反射镜，7光纤骨架，8传感光纤，9底座，10上盖，11胶，12导线输入端，13导线输出端，14导线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细介绍：如图1所示，一种高精度的光纤电流互感器包括采集单元1、保偏光缆2、传感环圈3及导线抱箍4，其中，采集单元1通过保偏光缆2与传感环圈3连接，传感环圈3上套有导线抱箍4。采集单元1与保偏光缆2采用光纤电流互感器通用技术，在此不作详细介绍。如图2、图3所示，传感环圈3包括四分之一波片5、传感光纤8、反射镜6、保偏光缆2、底座9、光纤骨架7和上盖10，保偏光缆2进入传感环圈3后与四分之一波片45度对轴连接，四分之一波片5之后是传感光纤8，传感光纤8缠绕在光纤骨架7上，并通过胶11进行固定，反射镜6在传感光纤末端，与四分之一波片5并排靠在一起，光纤骨架7、四分之一波片5与反射镜6固定在底座9上，四分之一波片5和反射镜6也用胶11进行固定，用上盖10封闭底座9，以保护内部光纤及器件。如图4所示，传感环圈3外部固定一个导线抱箍4，如图5所示，导线抱箍4分为上下两部分，合在一起固定在传感环圈3上，通过机床或者人工的方式将导线缠绕在抱箍上。导线可以根据需要选择漆包线或者带塑料绝缘层的导线，并且根据额定电流及最大电流等参数来选择导线的线径，这一点非常重要，如果线径过细会带来安全隐患。导线缠绕完后用胶进行固定。传感环圈光纤匝数和抱箍上导线匝数的选择需要根据额定电流和精度要求来设计。在现有光纤费尔德常数和通常电路解算精度的水平下，要测量1A额定电流，达到0.2级精度水平，综合等效匝数N1×N2至少需要达到3000～5000以上。具体N1和N2分别为多少，可以根据环圈内部空间、抱箍尺寸来进行设计。如果要达到4000匝的综合等效匝数，传感环圈光纤缠绕40匝，则抱箍内导线需要缠绕100匝；光纤如果缠绕50匝，则导线需要缠绕80匝。本专利技术涉及一种高精度的光纤电流互感器，可用来测量电力系统中安培级甚至更小的交直流电流，该高精度的光纤电流互感器整体结构如图1所示，包括采集单元1、保偏光缆2、传感环圈3及导线抱箍4四个部分。采集单元1与传感环圈3之间通过绝缘的保偏光缆2连接，传感环圈3主要对待测电流进行测量，将电流产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的光纤电流互感器，其特征在于：包括采集单元(1)、保偏光缆(2)、传感环圈(3)及导线抱箍(4)，其中，采集单元(1)通过保偏光缆(2)与传感环圈(3)连接，传感环圈(3)上套有导线抱箍(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度的光纤电流互感器，其特征在于：包括采集单元(1)、保偏光缆(2)、传感环圈(3)及导线抱箍(4)，其中，采集单元(1)通过保偏光缆(2)与传感环圈(3)连接，传感环圈(3)上套有导线抱箍(4)。


2.如权利要求1所述的一种高精度的光纤电流互感器，其特征在于：所述的传感环圈(3)包括四分之一波片(5)、传感光纤(8)、反射镜(6)、保偏光缆(2)、底座(9)、光纤骨架(7)和上盖(10)。


3.如权利要求2所述的一种高精度的光纤电流互感器，其特征在于：所述的传感环圈(3)，其中，保偏光缆(2)进入传感环圈(3)后与四分之一波片45度对轴连接，四分之一波片(5)之后是传感光纤(8)，传感光纤(8)缠绕在光纤骨架(7)上，反射镜(6)在传感光纤末端，与四分之一波片(5)并排靠在一起，光纤骨架(7)、四分之一波片(5)与反射镜(6)固定在底座(9)上，上盖(10)封闭底座...

【专利技术属性】
技术研发人员：向强，杨怿，冯喆，徐磊，吴衍记，李宗利，王锴，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11