專利名稱：一種光纖式電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明涉及電流互感器，具體是一種光纖式電流互感器，用于電力系統(tǒng)中繼電保護與電能計量。
背景技術(shù)：
:電流互感器(簡稱CT)是電力系統(tǒng)中繼電保護與電能計量的重要設(shè)備，其長期穩(wěn)定性、可靠性、安全性與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行密切相關(guān)。隨著電力系統(tǒng)向大容量、高電壓的方向發(fā)展,對電力設(shè)備提出了小型化、自動化、高可靠性的要求。目前電力系統(tǒng)中常用的電流互感器主要是電磁式電流互感器，其利用電磁感應(yīng)原理將高壓側(cè)的電流轉(zhuǎn)換到低壓側(cè)，其存在體積大、成本高、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磁飽和現(xiàn)象等問題。專利申請?zhí)?009202260811，名稱為《全光纖電流互感器》的專利公開了一種基于法拉第磁光效應(yīng)的光纖電流互感器，該方法設(shè)計的電流互感器所用的光源為偏振光，對傳輸光纖的保偏性要求嚴格，工程造價高；同時，所監(jiān)測的輸入、輸出光為開環(huán)控制，容易受環(huán)境振動和溫度漂移的影響，無法在大動態(tài)范圍保持精確度
發(fā)明內(nèi)容
:為此,本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、體積小、光學(xué)偏振無關(guān)、成本低的光纖式電流互感器，以解決目前光纖電流互感器存在可靠性低，工程造價高、無法在大動態(tài)范圍保持精確度的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要采用以下技術(shù)方案:—種光纖式電流互感器，包括光源(I)、探測器(3)、數(shù)據(jù)采集器(6)和電腦(7)，所述探測器(3)靠近高壓母線，所述探測器(3)由第一雙折射晶體(301)、法拉第磁光晶體(302)、第二雙折射晶體(303)、第一光纖準直器(304)、第二光纖準直器(305)構(gòu)成,所述第一光纖準直器(304)與第一雙折射晶體(301)連接，第一雙折射晶體(301)通過法拉第磁光晶體(302)與第二雙折射晶體(303)連接，第二雙折射晶體(303)與第二光纖準直器(305)連接，所述第二光纖準直器(305)通過第二光電管(5)與數(shù)據(jù)采集器(6)連接；所述光源(I)通過單模光纖(2)輸出一路參考光和一路測量光,所述參考光輸入到第一光電管
(4)，轉(zhuǎn)化成電信號后輸入到數(shù)據(jù)采集器(6);所述測量光輸入到探測器(3)的第一光纖準直器(304)，被轉(zhuǎn)變成準直光輸入到第一雙折射晶體(301)，經(jīng)過第一雙折射晶體(301)后輸出兩路光束到法拉第磁光晶體(302)，在法拉第磁光晶體(302)中通過高壓母線被測電流的磁場作用，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的兩束光輸入到第二雙折射晶體(303)，由第二雙折射晶體(303)產(chǎn)生折射后輸入到第二光纖準直器(305)轉(zhuǎn)變成準直光輸出，該準直光輸入第二光電管(5),轉(zhuǎn)化成電信號輸入數(shù)據(jù)米集器(6)。其中所述光源(I)通過單模光纖(2)連接有一光纖耦合器，通過該光纖耦合器將光源(I)發(fā)出的光分成光強相同的一路測量光和一路參考光。
其中所述數(shù)據(jù)采集器(6)連接到電腦(7)，電腦(7)與光源(I)連接，數(shù)據(jù)采集器
(6)將參考光轉(zhuǎn)化成的電信號與測量光轉(zhuǎn)化成的電信號進行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送到電腦進行分析，電腦根據(jù)分析結(jié)果對光源(I)的發(fā)光強度進行控制調(diào)整。其中所述光源(I)為光學(xué)偏振點光源或非光學(xué)偏振點光源。其中所述探測器(3)還包括一密封絕緣殼體，所述第一雙折射晶體(301)、法拉第磁光晶體(302)、第二雙折射晶體(303)、第一光纖準直器(304)、第二光纖準直器(305)固定安裝在該密封絕緣殼體中。本發(fā)明在法拉第磁光晶體的輸入端采用第一雙折射晶體對測量光進行起偏，輸出端采用第二雙折射晶體對測量光進行解偏，避免了使用偏振光源和保偏光纖，從而消除了光纖式電流互感器對光學(xué)偏振的依賴。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明光路兼容性好；同時探測器采用絕緣緊湊封裝減少了環(huán)境振動和溫度漂移對測量結(jié)果的影響；而且本發(fā)明的光源采用反饋式控制，能夠保證測量的靈敏度和精確度。


:圖1為本發(fā)明光纖式電流互感器的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明光纖式電流互感器探測器的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明光纖式電流互感器探測器的光路示意圖。圖中標識說明:光源1、單模光纖2、探測器3、第一雙折射晶體301、法拉第磁光晶體302、第二雙折射晶體303、第一光纖準直器304、第二光纖準直器305、第一光電管4、第二光電管5、數(shù)據(jù)米集器6、電腦7。
具體實施方式
:為闡述本發(fā)明的思想及目的，下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。請參見圖1所示，圖1為本發(fā)明光纖式電流互感器的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。本發(fā)明提供的是一種可靠性高、體積小、光學(xué)偏振無關(guān)、成本低的光纖式電流互感器，以解決目前光纖電流互感器存在可靠性低，工程造價高、無法在大動態(tài)范圍保持精確度的問題。其中該光纖式電流互感器包括光源1、單模光纖2、探測器3、第一光電管4、第二光電管5、數(shù)據(jù)采集器6和電腦7。光源I可以采用光學(xué)偏振點光源，也可以采用非光學(xué)偏振點光源，而本發(fā)明中優(yōu)選采用的是非光學(xué)偏振點光源，以避免采用光學(xué)偏振點光源，對光纖的保偏性要求嚴格，可靠性低，工程造價高等問題。光源I連接有單模光纖2，該單模光纖2末段連接有一個光纖耦合器，通過該光纖率禹合器可將光源I發(fā)出的光分成光強相同的一路測量光和一路參考光。測量光輸入到探測器3，該探測器3靠近高壓母線，經(jīng)過探測器3處理后輸出到第二光電管5,由第二光電管5轉(zhuǎn)化成電信號,輸入到數(shù)據(jù)米集器6 ;參考光輸入到第一光電管4，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后變成電信號，也對應(yīng)輸入到數(shù)據(jù)采集器6，數(shù)據(jù)采集器6對來自第一光電管4和第二光電管5的電信號進行差分后輸入到電腦7，經(jīng)電腦7進行分析處理，計算出所測電流。
如圖2所示，圖2為本發(fā)明光纖式電流互感器探測器的截面結(jié)構(gòu)示意圖。其中所述探測器3包括一密封絕緣殼體，該密封絕緣殼體中固定安裝有第一雙折射晶體301、法拉第磁光晶體302、第二雙折射晶體303、第一光纖準直器304、第二光纖準直器305。第一光纖準直器304與第一雙折射晶體301連接，第一雙折射晶體301通過法拉第磁光晶體302與第二雙折射晶體303連接，第二雙折射晶體303與第二光纖準直器305連接，所述第二光纖準直器305通過第二光電管5與數(shù)據(jù)采集器6連接；所述光源I通過單模光纖2輸出一路參考光和一路測量光，所述參考光輸入到第一光電管4，轉(zhuǎn)化成電信號后輸入到數(shù)據(jù)采集器6 ;所述測量光輸入到探測器3的第一光纖準直器304，被轉(zhuǎn)變成準直光輸入到第一雙折射晶體301，經(jīng)過第一雙折射晶體301后輸出兩路光束到法拉第磁光晶體302，在法拉第磁光晶體302中通過高壓母線被測電流的磁場作用，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的兩束光輸入到第二雙折射晶體303，由第二雙折射晶體303產(chǎn)生折射后輸入到第二光纖準直器305轉(zhuǎn)變成準直光輸出。本發(fā)明的工作原理是:首先光源I發(fā)出光強為Itl的初始光被分成光強相同的一路測量光和一路參考光；測量光經(jīng)過第一光纖準直器304進入到第一雙折射晶體301被分成一束ο光和一束e光，此時的ο光和e光的光強分別為Xlp (l-χ) Itl (其中χ為分光率)；之后ο光和e光進入法拉第磁光晶體302，在被測電流產(chǎn)生的磁場作用下，發(fā)生偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)角度為Θ =VBL(V為維爾德常數(shù)，B為磁場強度，L為磁光晶體長度)，變?yōu)閛'光和
e'光，O'光和e'光再進入到第二雙折射晶體303中，O'光折射為/和兩束光，e'光折射為O:和(兩束光，％和‘在第二雙折射晶體輸出端形成光強疊加，其中(偏出光強
為axle O:偏出光強為(Ii)(1-X)Ici,(其中a為偏出系數(shù))；之后耦合到第二光纖準直器
305的光強為(l_a) Itl,數(shù)據(jù)米集器6對來自第一光電管4和第二光電管5的電信號進行差分后輸出aIQ,經(jīng)電腦7進行分析處理,計算出所測電流i = π a arccos (2a~l) / μ。VL (其中μ。為磁導(dǎo)率，α為探測器3到高壓線的距離，L為法拉第磁光晶體的長度)。光路圖示意圖如圖3所示。以上是對本發(fā)明所提供的一種光纖式電流互感器進行了詳細的介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理及實施方式進行了闡述，以上實施例只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種光纖式電流互感器，包括光源(I)、探測器(3)、數(shù)據(jù)采集器(6)和電腦(7)，所述探測器(3)靠近高壓母線，其特征在于所述探測器(3)由第一雙折射晶體(301)、法拉第磁光晶體(302)、第二雙折射晶體(303)、第一光纖準直器(304)、第二光纖準直器(305)構(gòu)成，所述第一光纖準直器(304)與第一雙折射晶體(301)連接，第一雙折射晶體(301)通過法拉第磁光晶體(302)與第二雙折射晶體(303)連接，第二雙折射晶體(303)與第二光纖準直器(305)連接，所述第二光纖準直器(305)通過第二光電管(5)與數(shù)據(jù)采集器(6)連接；所述光源(I)通過單模光纖(2)輸出一路參考光和一路測量光，所述參考光輸入到第一光電管(4)，轉(zhuǎn)化成電信號后輸入到數(shù)據(jù)采集器(6);所述測量光輸入到探測器(3)的第一光纖準直器(304)，被轉(zhuǎn)變成準直光輸入到第一雙折射晶體(301)，經(jīng)過第一雙折射晶體(301)后輸出兩路光束到法拉第磁光晶體(302)，在法拉第磁光晶體(302)中通過高壓母線被測電流的磁場作用，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的兩束光輸入到第二雙折射晶體(303)，由第二雙折射晶體(303)產(chǎn)生折射后輸入到第二光纖準直器(305)轉(zhuǎn)變成準直光輸出，該準直光輸入第二光電管(5),轉(zhuǎn)化成電信號輸入數(shù)據(jù)米集器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述光源(I)通過單模光纖(2)連接有一光纖耦合器，通過該光纖耦合器將光源發(fā)出的光分成光強相同的一路測量光和一路參考光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器(6)連接到電腦(7)，電腦(7)與光源(I)連接，數(shù)據(jù)采集器(6)將參考光轉(zhuǎn)化成的電信號與測量光轉(zhuǎn)化成的電信號進行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送到電腦進行分析，電腦根據(jù)分析結(jié)果對光源(I)的發(fā)光強度進行控制調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述光源(I)為光學(xué)偏振點光源或非光學(xué)偏振點光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述探測器(3)還包括一密封絕緣殼體，所述第一雙折射晶體(301)、法拉第磁光晶體(302)、第二雙折射晶體(303)、第一光纖準直器(304)、第二光纖準直器(305)固定安裝在該密封絕緣殼體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述雙折射晶體可采用釩酸釔(YV04)晶體或二氧化鈦晶體(Ti02)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述雙折射晶體須滿足:熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)小，折射率不均勻性小，透過率高，硬度大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述雙折射晶體的長度L滿足公式:L>d/tan P，其中P為光軸與入射界面夾角45°時的離散角，d為單模光纖通光孔徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖式電流互感器，其特征在于所述第一雙折射晶體和第二雙折射晶體完全一致，可以是首尾相向和尾尾相向兩種組合方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖式電流互感器，包括光源、探測器和數(shù)據(jù)采集器，所述探測器由第一雙折射晶體、法拉第磁光晶體、第二雙折射晶體、第一光纖準直器和第二光纖準直器構(gòu)成。本發(fā)明在法拉第磁光晶體的輸入端采用第一雙折射晶體對測量光進行起偏，輸出端采用第二雙折射晶體對測量光進行解偏，避免了使用偏振光源和保偏光纖，從而消除了光纖式電流互感器對光學(xué)偏振的依賴。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明光路兼容性好；探測器使用雙折射晶體受環(huán)境因素的影響極小，同時探測器采用絕緣緊湊封裝減少了環(huán)境振動和溫度漂移對測量結(jié)果的影響；而且本發(fā)明的光源采用反饋式控制，能夠保證測量的靈敏度和精確度。
文檔編號G01R15/24GK103091528SQ201110344859
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者鄭鴻章 申請人:深圳市眾望達光電有限公司