電子式電流互感器的基本原理及應(yīng)用

1、電子式電流互感器的基本原理與應(yīng)用2022-5-62主要內(nèi)容 發(fā)展背景 光學(xué)電流互感器 空心線圈電流互感器 應(yīng)用與展望2022-5-63發(fā)展背景2022-5-64電力互感器的作用將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電流、電壓信息傳遞到二次將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電流、電壓信息傳遞到二次側(cè)，與測(cè)量?jī)x表和計(jì)量裝置配合，可測(cè)量一次系側(cè)，與測(cè)量?jī)x表和計(jì)量裝置配合，可測(cè)量一次系統(tǒng)的電流、電壓和電能統(tǒng)的電流、電壓和電能(稱之為測(cè)量用互感器稱之為測(cè)量用互感器)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，互感器能正確反映故障當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，互感器能正確反映故障狀態(tài)下電流、電壓波形，與繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置狀態(tài)下電流、電壓波形，與繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置配合，

2、可以對(duì)電網(wǎng)各種故障構(gòu)成保護(hù)和自動(dòng)控制配合，可以對(duì)電網(wǎng)各種故障構(gòu)成保護(hù)和自動(dòng)控制(稱之為保護(hù)用互感器稱之為保護(hù)用互感器)。目前，電力系統(tǒng)主要是采用傳統(tǒng)的目前，電力系統(tǒng)主要是采用傳統(tǒng)的電磁式電流、電磁式電流、電壓互感器電壓互感器和和電容式電壓互感器電容式電壓互感器。2022-5-65傳統(tǒng)互感器存在的問(wèn)題絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積笨重，造價(jià)高（造價(jià)隨電絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積笨重，造價(jià)高（造價(jià)隨電壓等級(jí)呈指數(shù)關(guān)系上升），特別是用于超高壓壓等級(jí)呈指數(shù)關(guān)系上升），特別是用于超高壓系統(tǒng)并且要滿足大短路容量的動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定系統(tǒng)并且要滿足大短路容量的動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求時(shí)；要求時(shí)； 傳統(tǒng)互感器測(cè)量穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，線性度較好；但傳

3、統(tǒng)互感器測(cè)量穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，線性度較好；但在暫態(tài)時(shí)，由于線路中存在直流電流，在暫態(tài)時(shí)，由于線路中存在直流電流， 使得電使得電流互感器易發(fā)生飽和，造成測(cè)量誤差，可能導(dǎo)流互感器易發(fā)生飽和，造成測(cè)量誤差，可能導(dǎo)致繼電保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)；致繼電保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)；電壓互感器可能出現(xiàn)鐵磁諧振，損壞設(shè)備；電壓互感器可能出現(xiàn)鐵磁諧振，損壞設(shè)備；2022-5-66傳統(tǒng)互感器存在的問(wèn)題由電流、電壓互感器引至二次保護(hù)控制設(shè)備的電由電流、電壓互感器引至二次保護(hù)控制設(shè)備的電纜是電磁干擾的重要耦合途徑；纜是電磁干擾的重要耦合途徑；采用油浸紙絕緣，易燃易爆，不安全；采用油浸紙絕緣，易燃易爆，不安全；電磁式電流互感器的二次側(cè)輸出對(duì)

4、負(fù)載要求嚴(yán)格，電磁式電流互感器的二次側(cè)輸出對(duì)負(fù)載要求嚴(yán)格， 若二次負(fù)載較大，測(cè)量誤差就增大，準(zhǔn)確度下降；若二次負(fù)載較大，測(cè)量誤差就增大，準(zhǔn)確度下降；傳統(tǒng)互感器的模擬量不能直接與計(jì)算機(jī)相連（電傳統(tǒng)互感器的模擬量不能直接與計(jì)算機(jī)相連（電流互感器模擬量輸出為流互感器模擬量輸出為5A或或1A） ，難以滿足新，難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動(dòng)化、數(shù)字化的發(fā)展需要。一代電力系統(tǒng)自動(dòng)化、數(shù)字化的發(fā)展需要。2022-5-67電子式互感器的優(yōu)勢(shì)消除了磁飽和現(xiàn)象。電子式互感器沒(méi)有鐵芯，消除了磁飽和現(xiàn)象。電子式互感器沒(méi)有鐵芯，暫態(tài)性能好。暫態(tài)性能好。對(duì)電力系統(tǒng)故障響應(yīng)快。現(xiàn)有保護(hù)裝置是基于對(duì)電力系統(tǒng)故障響應(yīng)快?，F(xiàn)有保護(hù)裝

5、置是基于工頻量進(jìn)行保護(hù)判斷的，而使用電子式互感器工頻量進(jìn)行保護(hù)判斷的，而使用電子式互感器可以實(shí)現(xiàn)暫態(tài)信號(hào)量作為保護(hù)判斷參量?？梢詫?shí)現(xiàn)暫態(tài)信號(hào)量作為保護(hù)判斷參量。消除鐵磁諧振。消除鐵磁諧振。優(yōu)良的絕緣性能。電子式互感器的絕緣相對(duì)簡(jiǎn)優(yōu)良的絕緣性能。電子式互感器的絕緣相對(duì)簡(jiǎn)單，高壓側(cè)與地電位之間的信號(hào)傳輸采用絕緣單，高壓側(cè)與地電位之間的信號(hào)傳輸采用絕緣材料制造的玻璃纖維，體積小、重量輕。材料制造的玻璃纖維，體積小、重量輕。2022-5-68電子式互感器的優(yōu)勢(shì)適應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化的發(fā)展要求。電子式適應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化的發(fā)展要求。電子式互感器能直接提供數(shù)字信號(hào)給計(jì)量、保護(hù)裝置，互感器能直接提供數(shù)

6、字信號(hào)給計(jì)量、保護(hù)裝置，有助于二次設(shè)備的系統(tǒng)集成。有助于二次設(shè)備的系統(tǒng)集成。動(dòng)態(tài)范圍大，頻率響應(yīng)范圍寬。額定電流為幾十動(dòng)態(tài)范圍大，頻率響應(yīng)范圍寬。額定電流為幾十安到幾十萬(wàn)安培，能測(cè)出高壓電力線上的諧波，安到幾十萬(wàn)安培，能測(cè)出高壓電力線上的諧波，還可以進(jìn)行暫態(tài)電流、高頻大電流與直流電流的還可以進(jìn)行暫態(tài)電流、高頻大電流與直流電流的測(cè)量。測(cè)量。經(jīng)濟(jì)性好。在電壓等級(jí)升高時(shí)，成本只稍有增加。經(jīng)濟(jì)性好。在電壓等級(jí)升高時(shí)，成本只稍有增加?？梢越M合到斷路器或其他高壓設(shè)備中，共用支撐可以組合到斷路器或其他高壓設(shè)備中，共用支撐絕緣子，可減少變電站的占地面積。絕緣子，可減少變電站的占地面積。2022-5-69電子式

7、電流互感器的需求更迫切故障情況下，傳統(tǒng)互感器的測(cè)量都有不同程度故障情況下，傳統(tǒng)互感器的測(cè)量都有不同程度的失真，但電流互感器遠(yuǎn)比電壓互感器嚴(yán)重。的失真，但電流互感器遠(yuǎn)比電壓互感器嚴(yán)重。光學(xué)互感器采用光纖傳輸，而光纖傳輸方式對(duì)光學(xué)互感器采用光纖傳輸，而光纖傳輸方式對(duì)于電流互感器可以大幅度簡(jiǎn)化絕緣結(jié)構(gòu)和降低于電流互感器可以大幅度簡(jiǎn)化絕緣結(jié)構(gòu)和降低制造成本，對(duì)于電壓互感器卻達(dá)不到此種效果。制造成本，對(duì)于電壓互感器卻達(dá)不到此種效果。電力系統(tǒng)中，電流互感器的數(shù)量遠(yuǎn)多于電壓互電力系統(tǒng)中，電流互感器的數(shù)量遠(yuǎn)多于電壓互感器，市場(chǎng)規(guī)模更大。感器，市場(chǎng)規(guī)模更大。2022-5-610電子式電流互感器的定義電子式電流互

8、感器電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：IEC60044-8: 2002，GB/T 20840.82007電子式互感器：電子式互感器：一種裝置，由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)一種裝置，由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或多個(gè)電壓或電流傳感器組成，用以傳輸正換器的一個(gè)或多個(gè)電壓或電流傳感器組成，用以傳輸正比于被測(cè)量的量，供給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)或控比于被測(cè)量的量，供給測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。在數(shù)字接口的情況下，一組電子式互感器共用制裝置。在數(shù)字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺(tái)合并單元完成此功能。一臺(tái)合并單元完成此功能。電子式電流互感器：電子式電流互感器：是一種電子式互感器，在正常使用是一

9、種電子式互感器，在正常使用條件下，其二次轉(zhuǎn)換器的輸出實(shí)質(zhì)上正比于一次電流，條件下，其二次轉(zhuǎn)換器的輸出實(shí)質(zhì)上正比于一次電流，且相位差在連接方向正確時(shí)，接近于已知相位角。且相位差在連接方向正確時(shí)，接近于已知相位角。2022-5-611電子式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)2022-5-612電子式電流互感器的基本結(jié)構(gòu)12個(gè)二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道對(duì)來(lái)自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合，通信標(biāo)準(zhǔn)為IEC61850。2022-5-613電子式電流互感器的分類光學(xué)電流互感器。光學(xué)電流互感器。采用光學(xué)原理、器件做被測(cè)電流采用光學(xué)原理、器件做被測(cè)電流傳感器，光學(xué)原理器件由全光纖、光學(xué)玻璃等構(gòu)成。傳感器，光學(xué)原理

10、器件由全光纖、光學(xué)玻璃等構(gòu)成。傳輸系統(tǒng)用光纖光纜，輸出電壓正比于被測(cè)電流。傳輸系統(tǒng)用光纖光纜，輸出電壓正比于被測(cè)電流。在高壓側(cè)不需要電源供電。在高壓側(cè)不需要電源供電?？招木€圈電流互感器?？招木€圈電流互感器。以以Rogowski線圈作為電流傳線圈作為電流傳感器，在高壓側(cè)需要電源供電。感器，在高壓側(cè)需要電源供電。鐵芯線圈式低功率電流互感器鐵芯線圈式低功率電流互感器(LPCT)。通過(guò)一個(gè)分通過(guò)一個(gè)分流電阻將二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實(shí)現(xiàn)流電阻將二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實(shí)現(xiàn)I/V變換，變換，具有低功率輸出特性，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大具有低功率輸出特性，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大。2022-5-614光學(xué)電流互感器（全光纖電

11、流互感器）2022-5-615法拉第效應(yīng)1864年，法拉第發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)的作用下，本來(lái)不具年，法拉第發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)的作用下，本來(lái)不具有旋光性的物質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性，即光矢量發(fā)生有旋光性的物質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性，即光矢量發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱作磁致旋光效應(yīng)或法拉第效應(yīng)。旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱作磁致旋光效應(yīng)或法拉第效應(yīng)。2022-5-616法拉第效應(yīng)sVH lVnsH維爾德維爾德( (VerdetVerdet) )常數(shù)常數(shù)磁場(chǎng)在光傳播方向的分量磁場(chǎng)在光傳播方向的分量 光通過(guò)物質(zhì)的光程光通過(guò)物質(zhì)的光程l2022-5-617法拉第效應(yīng)載流導(dǎo)體通以交變電流，其周?chē)鷮⒂薪蛔兇艌?chǎng)，此時(shí)旋載流導(dǎo)體通以交變電流，其周?chē)鷮⒂薪蛔兇艌?chǎng)，

12、此時(shí)旋轉(zhuǎn)角正比于磁場(chǎng)沿著線偏振光通過(guò)材料路徑的線積分轉(zhuǎn)角正比于磁場(chǎng)沿著線偏振光通過(guò)材料路徑的線積分V H dl若將光路設(shè)計(jì)成圍繞電流導(dǎo)體若將光路設(shè)計(jì)成圍繞電流導(dǎo)體N圈的閉合環(huán)路，則上式圈的閉合環(huán)路，則上式是閉合環(huán)路的線積分，根據(jù)全電流定律是閉合環(huán)路的線積分，根據(jù)全電流定律LVH dlVNi電流與電流與角成正比，環(huán)路數(shù)角成正比，環(huán)路數(shù)N越多，測(cè)量靈敏度越高。越多，測(cè)量靈敏度越高。2022-5-618法拉第效應(yīng)目前尚無(wú)高精度測(cè)量偏振面旋轉(zhuǎn)角的檢測(cè)器，目前尚無(wú)高精度測(cè)量偏振面旋轉(zhuǎn)角的檢測(cè)器，因此，通常將線偏振光的偏振面角度變化的信因此，通常將線偏振光的偏振面角度變化的信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化的信息，然后通

13、過(guò)光電轉(zhuǎn)換息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化的信息，然后通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，并進(jìn)行放大處理，以正將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，并進(jìn)行放大處理，以正確反映最初的電流信息。確反映最初的電流信息。一般用光電探測(cè)器一般用光電探測(cè)器(檢偏器檢偏器)將角度信息轉(zhuǎn)換為將角度信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)信息。為此必須先用起偏器將光變成線偏光強(qiáng)信息。為此必須先用起偏器將光變成線偏振光，經(jīng)被測(cè)磁場(chǎng)后用振光，經(jīng)被測(cè)磁場(chǎng)后用光電探測(cè)器光電探測(cè)器求光強(qiáng)信息。求光強(qiáng)信息。2022-5-619基于偏振檢測(cè)方法的全光纖電流互感器光源發(fā)出的單色光經(jīng)起偏器變換為線偏振光，由透鏡將光光源發(fā)出的單色光經(jīng)起偏器變換為線偏振光，由透鏡將光波耦合到單模光纖中。高壓載流

14、導(dǎo)體通有電流，光纖纏繞在波耦合到單模光纖中。高壓載流導(dǎo)體通有電流，光纖纏繞在載流導(dǎo)體上，這一段光纖將產(chǎn)生磁光效應(yīng)。光纖中線偏振光載流導(dǎo)體上，這一段光纖將產(chǎn)生磁光效應(yīng)。光纖中線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)的偏振面旋轉(zhuǎn)角，出射光由透鏡耦合到渥拉斯頓棱鏡，棱角，出射光由透鏡耦合到渥拉斯頓棱鏡，棱鏡將輸入光分成振動(dòng)方向相互垂直的兩束偏振光，并分別送鏡將輸入光分成振動(dòng)方向相互垂直的兩束偏振光，并分別送達(dá)到光電探測(cè)器，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，即能獲得外界被測(cè)電流。達(dá)到光電探測(cè)器，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，即能獲得外界被測(cè)電流。2022-5-620基于偏振檢測(cè)方法的全光纖電流互感器當(dāng)載流導(dǎo)體沒(méi)有電流時(shí)，使渥拉斯頓棱鏡的兩個(gè)主軸當(dāng)載流導(dǎo)體沒(méi)

15、有電流時(shí)，使渥拉斯頓棱鏡的兩個(gè)主軸與入射光纖的線偏振光的偏振方向成與入射光纖的線偏振光的偏振方向成 ，可獲得最大，可獲得最大靈敏度。靈敏度。當(dāng)載流導(dǎo)體通以電流時(shí)，光電探測(cè)器接收到的光強(qiáng)為當(dāng)載流導(dǎo)體通以電流時(shí)，光電探測(cè)器接收到的光強(qiáng)為45210cos45II220cos45II經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路1212sin2IIPII此結(jié)果是以光在全程中保持線偏振為基礎(chǔ)的，即要求光纖在這個(gè)長(zhǎng)度上盡可能接近無(wú)雙折射。 2022-5-621基于干涉檢測(cè)方法的全光纖電流互感器基于干涉檢測(cè)方法的全光纖基于干涉檢測(cè)方法的全光纖電流互感器并不是直接檢測(cè)光電流互感器并不是直接檢測(cè)光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度，而是通過(guò)的

16、偏振面旋轉(zhuǎn)角度，而是通過(guò)法拉第效應(yīng)作用的兩束偏振光法拉第效應(yīng)作用的兩束偏振光的干涉，的干涉，檢測(cè)其相位差的變化檢測(cè)其相位差的變化來(lái)測(cè)量電流。來(lái)測(cè)量電流。系統(tǒng)中處于高壓側(cè)的傳感光系統(tǒng)中處于高壓側(cè)的傳感光纖為經(jīng)退火處理的單模光纖纖為經(jīng)退火處理的單模光纖; 而處于高、低壓兩側(cè)之間的傳而處于高、低壓兩側(cè)之間的傳光光纖為橢圓芯保偏光纖。光光纖為橢圓芯保偏光纖。2022-5-622基于干涉檢測(cè)方法的全光纖電流互感器由低壓側(cè)光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)由低壓側(cè)光源發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光纖起偏器后變?yōu)榫€偏振光，其光纖起偏器后變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向與橢圓光纖的長(zhǎng)、短軸偏振方向與橢圓光纖的長(zhǎng)、短軸成成45度角，故在傳光光纖中傳

17、輸度角，故在傳光光纖中傳輸?shù)氖腔榇怪钡亩€偏振光。的是互為垂直的二束線偏振光。通過(guò)高壓側(cè)的通過(guò)高壓側(cè)的/4 波片后再變波片后再變?yōu)樾D(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，即為旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，即左旋偏振光和右旋偏振光。它們左旋偏振光和右旋偏振光。它們?cè)趥鞲泄饫w中繼續(xù)傳輸，并在電在傳感光纖中繼續(xù)傳輸，并在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，各自旋轉(zhuǎn)流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，各自旋轉(zhuǎn)不同角度。不同角度。2022-5-623二束光在光纖末端被反射鏡反二束光在光纖末端被反射鏡反射，它們的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生交換，射，它們的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生交換，即左旋偏振光變?yōu)橛倚窆饧醋笮窆庾優(yōu)橛倚窆? 右旋偏振光變?yōu)樽笮窆?。右旋偏振光變?yōu)?/p>

18、左旋偏振光。返程的二束光在電流作用下返程的二束光在電流作用下, 偏偏振角再次發(fā)生旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)振角再次發(fā)生旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)/4 波波片片后，變?yōu)榛ハ啻怪钡膬墒€偏后，變?yōu)榛ハ啻怪钡膬墒€偏振光，但它們?cè)瓉?lái)的偏振方向發(fā)振光，但它們?cè)瓉?lái)的偏振方向發(fā)生了交換，即正向傳播時(shí)在生了交換，即正向傳播時(shí)在x 方方向的偏振光，返程時(shí)變?yōu)橄虻钠窆?，返程時(shí)變?yōu)閥 方向方向的偏振光，反之亦然。的偏振光，反之亦然?；诟缮鏅z測(cè)方法的全光纖電流互感器二束光在起偏器中產(chǎn)生干涉, 根據(jù)偏振干涉原理可獲得被測(cè)電流值。4VNI2022-5-624全光纖電流互感器存在的問(wèn)題全光纖電流互感器存在的主要問(wèn)題是傳感光纖的全光纖電流互感器存在的

19、主要問(wèn)題是傳感光纖的線性雙折射難以處理。難以處理。光波入射非均質(zhì)體光波入射非均質(zhì)體(光學(xué)性質(zhì)隨方向而異光學(xué)性質(zhì)隨方向而異)，除特殊方，除特殊方向向(光軸方向光軸方向)以外，都要分解成振動(dòng)方向互相垂直，以外，都要分解成振動(dòng)方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象稱傳播速度不同，折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象稱為雙折射。為雙折射。引起雙折射的因素有很多，例如，光纖本身的不完引起雙折射的因素有很多，例如，光纖本身的不完善善(橢圓度和內(nèi)部殘余應(yīng)力橢圓度和內(nèi)部殘余應(yīng)力)、外界溫度及光纖機(jī)械狀、外界溫度及光纖機(jī)械狀態(tài)變化等。根據(jù)雙折射的特點(diǎn)，可以分為線性雙折射、態(tài)變化等。根據(jù)雙折射的特點(diǎn)

20、，可以分為線性雙折射、圓雙折射和橢圓雙折射。圓雙折射和橢圓雙折射。2022-5-625雙折射對(duì)電流測(cè)量的影響降低了電流測(cè)量靈敏度。降低了電流測(cè)量靈敏度。雙折射使得線偏振光的雙折射使得線偏振光的兩個(gè)正交光振動(dòng)分量之間產(chǎn)生位相差，結(jié)果輸出光兩個(gè)正交光振動(dòng)分量之間產(chǎn)生位相差，結(jié)果輸出光變成了橢偏振光。當(dāng)使用偏振儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于變成了橢偏振光。當(dāng)使用偏振儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于橢偏振光偏轉(zhuǎn)角的測(cè)量靈敏度比偏振光小，因此，橢偏振光偏轉(zhuǎn)角的測(cè)量靈敏度比偏振光小，因此，整體的測(cè)量靈敏度也相應(yīng)減小。整體的測(cè)量靈敏度也相應(yīng)減小。對(duì)于不同的入射偏振面，傳感器具有不同的測(cè)量對(duì)于不同的入射偏振面，傳感器具有不同的測(cè)量靈敏

21、度。由于線性雙折射的存在，對(duì)不同偏振面的靈敏度。由于線性雙折射的存在，對(duì)不同偏振面的入射線偏振光，雙折射引入的位相不同，使得整個(gè)入射線偏振光，雙折射引入的位相不同，使得整個(gè)探頭的探頭的靈敏度隨偏振面方位的改變而周期性變化。靈敏度隨偏振面方位的改變而周期性變化。2022-5-626雙折射對(duì)電流測(cè)量的影響測(cè)量靈敏度受外界溫度的影響。測(cè)量靈敏度受外界溫度的影響。彎曲光纖引入的線性彎曲光纖引入的線性雙折射分布是隨溫度的變化而變化的，導(dǎo)致傳感器的靈雙折射分布是隨溫度的變化而變化的，導(dǎo)致傳感器的靈敏度也隨溫度變化而產(chǎn)生漂移，且沿光路上不同部分的敏度也隨溫度變化而產(chǎn)生漂移，且沿光路上不同部分的靈敏度是逐漸變

22、化的，分布不均勻。靈敏度是逐漸變化的，分布不均勻。振動(dòng)影響。振動(dòng)影響。周期性振動(dòng)會(huì)引起傳感頭內(nèi)線性雙折射周周期性振動(dòng)會(huì)引起傳感頭內(nèi)線性雙折射周期性改變，從而影響輸出的穩(wěn)定性。振動(dòng)時(shí)，上行傳導(dǎo)期性改變，從而影響輸出的穩(wěn)定性。振動(dòng)時(shí)，上行傳導(dǎo)光纖的作用會(huì)使進(jìn)入起偏器的光強(qiáng)發(fā)生波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)光纖的作用會(huì)使進(jìn)入起偏器的光強(qiáng)發(fā)生波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。生不良影響。由于線性雙折射對(duì)溫度和振動(dòng)等環(huán)境因素變化十分敏由于線性雙折射對(duì)溫度和振動(dòng)等環(huán)境因素變化十分敏感，會(huì)造成偏振光偏振態(tài)輸出的不穩(wěn)定，影像測(cè)量準(zhǔn)確感，會(huì)造成偏振光偏振態(tài)輸出的不穩(wěn)定，影像測(cè)量準(zhǔn)確度。因此，利用各種方法降低雙折射是全光纖電流互感度。因

23、此，利用各種方法降低雙折射是全光纖電流互感器實(shí)用化過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。器實(shí)用化過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。2022-5-627解決雙折射問(wèn)題的方法減少雙折射分量。減少雙折射分量。采用低雙折射的螺旋光纖（通過(guò)采用低雙折射的螺旋光纖（通過(guò)自旋方式拉制的低雙折射光纖）或?qū)⒐饫w繞成適當(dāng)?shù)淖孕绞嚼频牡碗p折射光纖）或?qū)⒐饫w繞成適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，減少雙折射的影響。結(jié)構(gòu)，減少雙折射的影響。引入圓雙折射。引入圓雙折射。設(shè)法使光纖中的圓雙折射遠(yuǎn)大于線設(shè)法使光纖中的圓雙折射遠(yuǎn)大于線性雙折射，常用的措施有采用性雙折射，常用的措施有采用扭轉(zhuǎn)光纖扭轉(zhuǎn)光纖或或采用高圓雙采用高圓雙折射光纖。折射光纖。扭轉(zhuǎn)光纖就是將傳感光纖

24、沿軸向扭轉(zhuǎn)多圈，扭轉(zhuǎn)光纖就是將傳感光纖沿軸向扭轉(zhuǎn)多圈，以增加其固有圓雙折射，這樣，電流磁場(chǎng)產(chǎn)生的法拉以增加其固有圓雙折射，這樣，電流磁場(chǎng)產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)將疊加在其固有圓雙折射上，使測(cè)量靈敏度增第旋轉(zhuǎn)將疊加在其固有圓雙折射上，使測(cè)量靈敏度增加。這種方法的主要問(wèn)題是扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓雙折射隨溫加。這種方法的主要問(wèn)題是扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓雙折射隨溫度變化，需要采取復(fù)雜的溫度補(bǔ)償措施。度變化，需要采取復(fù)雜的溫度補(bǔ)償措施。2022-5-628解決雙折射問(wèn)題目前所采用的方法采用退火光纖。采用退火光纖。將繞制完成后的傳感光纖加熱到大將繞制完成后的傳感光纖加熱到大約約800，然后慢慢冷卻，可以消除光纖彎曲引起的線，然后慢慢

25、冷卻，可以消除光纖彎曲引起的線性雙折射。缺點(diǎn)是退火后光纖變得非常脆，且透光率性雙折射。缺點(diǎn)是退火后光纖變得非常脆，且透光率會(huì)受到影響。會(huì)受到影響。補(bǔ)償法。補(bǔ)償法。采用兩種不同偏振態(tài)的傳感光波，一種為采用兩種不同偏振態(tài)的傳感光波，一種為線偏振光，一種為圓偏振光。將其交替輸入傳感頭，線偏振光，一種為圓偏振光。將其交替輸入傳感頭，則輸出信號(hào)可同時(shí)反映法拉第旋轉(zhuǎn)和線性雙折射效應(yīng)，則輸出信號(hào)可同時(shí)反映法拉第旋轉(zhuǎn)和線性雙折射效應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法補(bǔ)償雙折射的影響。通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法補(bǔ)償雙折射的影響。2022-5-629光學(xué)電流互感器（磁光電流互感器）2022-5-630磁光電流互感器基本原理由于光纖的線性雙

26、折射問(wèn)題解由于光纖的線性雙折射問(wèn)題解決起來(lái)較為困難，一種新的方案決起來(lái)較為困難，一種新的方案應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)運(yùn)而生。用塊狀玻璃作為傳感用塊狀玻璃作為傳感頭，通過(guò)材料內(nèi)部多次反射形成頭，通過(guò)材料內(nèi)部多次反射形成環(huán)繞導(dǎo)體的閉合光路環(huán)繞導(dǎo)體的閉合光路，其基本原，其基本原理與光纖傳感頭相同。理與光纖傳感頭相同。這種傳感頭可以選用高維爾德這種傳感頭可以選用高維爾德常數(shù)的玻璃材料，它不受光纖中常數(shù)的玻璃材料，它不受光纖中存在的本征雙折射及彎曲引起的存在的本征雙折射及彎曲引起的線性雙折射影響，溫度折射和應(yīng)線性雙折射影響，溫度折射和應(yīng)力折射也都比較小。力折射也都比較小。2022-5-631磁光電流互感器存在的主要

27、問(wèn)題磁光電流互感器存在的主要問(wèn)題是磁光電流互感器存在的主要問(wèn)題是反射引起的光反射引起的光偏振態(tài)變化偏振態(tài)變化。光學(xué)塊狀傳感頭中，線偏振光是通過(guò)多次全反射光學(xué)塊狀傳感頭中，線偏振光是通過(guò)多次全反射形成圍繞被測(cè)電流的光回路的。由電磁場(chǎng)理論可知，形成圍繞被測(cè)電流的光回路的。由電磁場(chǎng)理論可知，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光矢量的當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光矢量的s分量和分量和p分量全分量全反射后會(huì)產(chǎn)生一定的相位差，使線偏振光的偏振態(tài)反射后會(huì)產(chǎn)生一定的相位差，使線偏振光的偏振態(tài)發(fā)生變化（變?yōu)闄E偏振光），從而降低測(cè)量的靈敏發(fā)生變化（變?yōu)闄E偏振光），從而降低測(cè)量的靈敏度，這與全光纖電流互感器中線性雙折射產(chǎn)生的效度，這

28、與全光纖電流互感器中線性雙折射產(chǎn)生的效果是一樣的。因此，如何消除內(nèi)反射引起的偏振態(tài)果是一樣的。因此，如何消除內(nèi)反射引起的偏振態(tài)變化時(shí)研制這種傳感器的關(guān)鍵。變化時(shí)研制這種傳感器的關(guān)鍵。2022-5-632問(wèn)題解決方案正交雙全反射法。正交雙全反射法。將構(gòu)成封閉光路所需的每一次入將構(gòu)成封閉光路所需的每一次入射角度為射角度為45度的全反射都設(shè)計(jì)成兩次正交全反射，由度的全反射都設(shè)計(jì)成兩次正交全反射，由于這兩次全反射的入射面是相互正交的，第一次全反于這兩次全反射的入射面是相互正交的，第一次全反射所產(chǎn)生的相位差在第二次全反射中抵消了，因而實(shí)射所產(chǎn)生的相位差在第二次全反射中抵消了，因而實(shí)現(xiàn)了無(wú)相差全反射。日本

29、的現(xiàn)了無(wú)相差全反射。日本的Sato在在1966年提出。年提出。多層反射膜保偏法。多層反射膜保偏法。在光學(xué)玻璃的各個(gè)反射面上鍍?cè)诠鈱W(xué)玻璃的各個(gè)反射面上鍍上特制的多層反射薄膜，并使入射角介于布諾斯特角上特制的多層反射薄膜，并使入射角介于布諾斯特角與臨界全反射角之間，則在該反射面上產(chǎn)生的反射無(wú)與臨界全反射角之間，則在該反射面上產(chǎn)生的反射無(wú)相位差。相位差。Kard在在1959年提出。但這種方法對(duì)膜層材料、年提出。但這種方法對(duì)膜層材料、厚度及鍍膜工藝要求極高，并且一種鍍膜結(jié)構(gòu)只對(duì)應(yīng)厚度及鍍膜工藝要求極高，并且一種鍍膜結(jié)構(gòu)只對(duì)應(yīng)特定波長(zhǎng)的光源。特定波長(zhǎng)的光源。2022-5-633問(wèn)題解決方案臨界全反射法。

30、臨界全反射法。讓入射角等于臨界角，從而發(fā)生讓入射角等于臨界角，從而發(fā)生臨界全反射，此時(shí)，線偏振光經(jīng)過(guò)全反射后偏振態(tài)臨界全反射，此時(shí)，線偏振光經(jīng)過(guò)全反射后偏振態(tài)不變。這種方案對(duì)反射面角度的加工精度要求比較不變。這種方案對(duì)反射面角度的加工精度要求比較高，并且臨界角會(huì)隨著光源波長(zhǎng)、外界溫度等因素高，并且臨界角會(huì)隨著光源波長(zhǎng)、外界溫度等因素的改變而發(fā)生變化，使其偏離臨界全反射狀態(tài)。由的改變而發(fā)生變化，使其偏離臨界全反射狀態(tài)。由于臨界態(tài)本身就是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，因而目前還沒(méi)于臨界態(tài)本身就是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，因而目前還沒(méi)有將這種結(jié)構(gòu)用于現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的報(bào)道。有將這種結(jié)構(gòu)用于現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的報(bào)道。2022-5-63

31、4光學(xué)電流互感器（補(bǔ)償式光學(xué)電流互感器）2022-5-635比較式光學(xué)電流互感器由于傳感材料的由于傳感材料的Verdet常數(shù)的不恒定、線性雙折常數(shù)的不恒定、線性雙折射和全反射造成的相移等問(wèn)題，光學(xué)電流互感器的射和全反射造成的相移等問(wèn)題，光學(xué)電流互感器的靈敏度并不恒定，性能容易受環(huán)境因素的影響，在靈敏度并不恒定，性能容易受環(huán)境因素的影響，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中往往表現(xiàn)出相對(duì)時(shí)間的長(zhǎng)期漂移。長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中往往表現(xiàn)出相對(duì)時(shí)間的長(zhǎng)期漂移。比較式光學(xué)電流互感器在原有光學(xué)電流互感器的比較式光學(xué)電流互感器在原有光學(xué)電流互感器的基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上引入一個(gè)穩(wěn)恒參考磁場(chǎng)引入一個(gè)穩(wěn)恒參考磁場(chǎng)，通過(guò)將被測(cè)電流磁，通過(guò)將被測(cè)電流磁

32、場(chǎng)與參考磁場(chǎng)進(jìn)行比較，得到與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，僅場(chǎng)與參考磁場(chǎng)進(jìn)行比較，得到與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，僅與被測(cè)電流磁場(chǎng)大小有關(guān)的最終測(cè)量結(jié)果。與被測(cè)電流磁場(chǎng)大小有關(guān)的最終測(cè)量結(jié)果。這種方法能夠?qū)鞲蓄^內(nèi)部的線性雙折射和傳感這種方法能夠?qū)鞲蓄^內(nèi)部的線性雙折射和傳感材料的材料的Verdet常數(shù)同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。常數(shù)同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。2022-5-636比較式光學(xué)電流互感器測(cè)量臂用來(lái)傳感被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，參考臂用來(lái)測(cè)量臂用來(lái)傳感被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，參考臂用來(lái)傳感參考穩(wěn)恒磁場(chǎng)，二者在空間位置上相互正交。傳感參考穩(wěn)恒磁場(chǎng)，二者在空間位置上相互正交。實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵在于測(cè)量臂和參考臂的一致性關(guān)鍵在于測(cè)量臂和參考臂的一

33、致性，必，必須取自同一塊均質(zhì)的磁光材料，并且加工成同樣大小，須取自同一塊均質(zhì)的磁光材料，并且加工成同樣大小，同樣形狀。這樣，兩條傳感臂中的線性雙折射相等，同樣形狀。這樣，兩條傳感臂中的線性雙折射相等，同時(shí)也保證了兩臂受外界因素影響的程度一致。同時(shí)也保證了兩臂受外界因素影響的程度一致。2022-5-637比較式光學(xué)電流互感器sin2NNIsin2xIxxxNNNNVH lHIIVH lH 為傳感頭內(nèi)部線性雙折射引起的相位延遲。 2022-5-638自適應(yīng)光學(xué)電流互感器普通光學(xué)電流互感器是一個(gè)典型的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，這普通光學(xué)電流互感器是一個(gè)典型的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致其準(zhǔn)確度不高的內(nèi)因。是導(dǎo)致其準(zhǔn)確度不高的

34、內(nèi)因。如果改變光學(xué)電流互感器的開(kāi)環(huán)機(jī)理，使其具有如果改變光學(xué)電流互感器的開(kāi)環(huán)機(jī)理，使其具有閉環(huán)系統(tǒng)特性，環(huán)境溫度對(duì)光學(xué)電流互感器的測(cè)量閉環(huán)系統(tǒng)特性，環(huán)境溫度對(duì)光學(xué)電流互感器的測(cè)量性能就不具有決定性作用?；谏鲜鏊枷氤霈F(xiàn)了自性能就不具有決定性作用?；谏鲜鏊枷氤霈F(xiàn)了自適應(yīng)光學(xué)電流互感器的補(bǔ)償校正方案。適應(yīng)光學(xué)電流互感器的補(bǔ)償校正方案。自適應(yīng)光學(xué)電流互感器的基本思想是：自適應(yīng)光學(xué)電流互感器的基本思想是：構(gòu)造兩組構(gòu)造兩組或兩組以上的獨(dú)立輸出量，通過(guò)對(duì)這些獨(dú)立輸出量或兩組以上的獨(dú)立輸出量，通過(guò)對(duì)這些獨(dú)立輸出量進(jìn)行自適應(yīng)運(yùn)算獲得與干擾（包括溫度干擾）無(wú)關(guān)進(jìn)行自適應(yīng)運(yùn)算獲得與干擾（包括溫度干擾）無(wú)關(guān)的測(cè)量

35、輸出結(jié)果。的測(cè)量輸出結(jié)果。2022-5-639自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)光學(xué)電流互感器可以看作一個(gè)多輸入、單輸出自適應(yīng)光學(xué)電流互感器可以看作一個(gè)多輸入、單輸出的濾波器，該濾波器具有可調(diào)節(jié)的參數(shù)，參數(shù)的調(diào)節(jié)由的濾波器，該濾波器具有可調(diào)節(jié)的參數(shù)，參數(shù)的調(diào)節(jié)由自適應(yīng)算法完成，而自適應(yīng)算法又是由光學(xué)電流互感器自適應(yīng)算法完成，而自適應(yīng)算法又是由光學(xué)電流互感器的輸出量和其他的輸出量和其他獨(dú)立變量獨(dú)立變量經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后的誤差信經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后的誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)的。號(hào)驅(qū)動(dòng)的。2022-5-640自適應(yīng)光學(xué)電流互感器光路獨(dú)立量：光路獨(dú)立量：將輸入線偏振光分解為兩束光，即線偏將輸入線偏振光分解為兩束光，即線偏振

36、光和經(jīng)振光和經(jīng)1/4波片后的圓偏振光。兩束光經(jīng)光學(xué)電流互波片后的圓偏振光。兩束光經(jīng)光學(xué)電流互感器后成為兩組獨(dú)立的電流信號(hào)，即與雙折射和法拉第感器后成為兩組獨(dú)立的電流信號(hào)，即與雙折射和法拉第旋轉(zhuǎn)角有關(guān)的電流和與雙折射有關(guān)的電流。經(jīng)自適應(yīng)運(yùn)旋轉(zhuǎn)角有關(guān)的電流和與雙折射有關(guān)的電流。經(jīng)自適應(yīng)運(yùn)算處理后，可以得到與雙折射無(wú)關(guān)的高精度測(cè)量輸出。算處理后，可以得到與雙折射無(wú)關(guān)的高精度測(cè)量輸出。2022-5-641自適應(yīng)光學(xué)電流互感器光電獨(dú)立量：光電獨(dú)立量：光學(xué)電流互感器和穩(wěn)態(tài)參考模型同光學(xué)電流互感器和穩(wěn)態(tài)參考模型同時(shí)測(cè)量被測(cè)電流（穩(wěn)態(tài)電流傳感器的作用是提供基時(shí)測(cè)量被測(cè)電流（穩(wěn)態(tài)電流傳感器的作用是提供基波電流量

37、測(cè)量），由此得到兩組相互獨(dú)立的電流信波電流量測(cè)量），由此得到兩組相互獨(dú)立的電流信號(hào)，即與雙折射角和法拉第旋光角有關(guān)的電流及與號(hào)，即與雙折射角和法拉第旋光角有關(guān)的電流及與二者無(wú)關(guān)的基波電流。經(jīng)自適應(yīng)算法處理后，可以二者無(wú)關(guān)的基波電流。經(jīng)自適應(yīng)算法處理后，可以得到與溫度漂移無(wú)關(guān)的高精度測(cè)量輸出。得到與溫度漂移無(wú)關(guān)的高精度測(cè)量輸出。2022-5-642自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)算法：自適應(yīng)算法：關(guān)鍵在于獲得適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)校正系關(guān)鍵在于獲得適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)校正系數(shù)，需要尋找最佳權(quán)系數(shù)的搜索方法。數(shù)，需要尋找最佳權(quán)系數(shù)的搜索方法。Kalman濾波器能夠用于解決從噪聲中提取信號(hào)的濾波器能夠用于解決從噪聲中提取信

38、號(hào)的過(guò)濾或預(yù)測(cè)問(wèn)題，以估計(jì)的結(jié)果與信號(hào)真值之間誤過(guò)濾或預(yù)測(cè)問(wèn)題，以估計(jì)的結(jié)果與信號(hào)真值之間誤差的均方值最小為最佳準(zhǔn)則。差的均方值最小為最佳準(zhǔn)則。Kalman濾波算法是遞推形式，非常適合計(jì)算機(jī)處濾波算法是遞推形式，非常適合計(jì)算機(jī)處理。理。Kalman算法既適用于平穩(wěn)過(guò)程，也適用于非平算法既適用于平穩(wěn)過(guò)程，也適用于非平穩(wěn)過(guò)程。穩(wěn)過(guò)程。2022-5-643自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)算法：自適應(yīng)算法：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)電流當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)電流參考模型的電流測(cè)量原理是基于電磁傳感原理的，會(huì)在參考模型的電流測(cè)量原理是基于電磁傳感原理的，會(huì)在電流中出現(xiàn)非周期分量，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)電流參考模

39、型會(huì)由于電流中出現(xiàn)非周期分量，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)電流參考模型會(huì)由于磁飽和而出現(xiàn)嚴(yán)重的波形失真。因此在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故磁飽和而出現(xiàn)嚴(yán)重的波形失真。因此在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須停止自適應(yīng)計(jì)算。障后，必須停止自適應(yīng)計(jì)算。電力系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)電流中會(huì)出現(xiàn)奇異點(diǎn)。小波變電力系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)電流中會(huì)出現(xiàn)奇異點(diǎn)。小波變換具有多尺度分析和良好的視頻局部化特征，可以準(zhǔn)確換具有多尺度分析和良好的視頻局部化特征，可以準(zhǔn)確捕捉突變信號(hào)。正是根據(jù)這個(gè)特征，自適應(yīng)光學(xué)電流互捕捉突變信號(hào)。正是根據(jù)這個(gè)特征，自適應(yīng)光學(xué)電流互感器利用小波變化判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障，從而閉鎖自感器利用小波變化判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障，從而閉鎖自適應(yīng)計(jì)算。適應(yīng)計(jì)

40、算。2022-5-644空心線圈電流互感器2022-5-645基本原理空心線圈電子式電流互感空心線圈電子式電流互感器是一種基于傳統(tǒng)電流傳感器是一種基于傳統(tǒng)電流傳感原理、采用有源器件調(diào)制技原理、采用有源器件調(diào)制技術(shù)，由光纖將高壓端轉(zhuǎn)換得術(shù)，由光纖將高壓端轉(zhuǎn)換得到的光信號(hào)傳送到低壓端解到的光信號(hào)傳送到低壓端解調(diào)處理得到被測(cè)電流信號(hào)的調(diào)處理得到被測(cè)電流信號(hào)的新型電流互感器。新型電流互感器。高壓端需要電源，因此又高壓端需要電源，因此又稱為稱為有源式電流互感器有源式電流互感器。2022-5-646關(guān)鍵技術(shù)電流采集以空心線圈為保護(hù)通道傳感單元，低功率鐵芯線圈為以空心線圈為保護(hù)通道傳感單元，低功率鐵芯線圈為

41、測(cè)量通道傳感單元。測(cè)量通道傳感單元。一般來(lái)講，手工繞制羅氏線圈比較困難，難以滿足高一般來(lái)講，手工繞制羅氏線圈比較困難，難以滿足高精度計(jì)量要求。采用印制電路板設(shè)計(jì)的線圈，可以通過(guò)精度計(jì)量要求。采用印制電路板設(shè)計(jì)的線圈，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將印制導(dǎo)線均勻布置在印刷電路板上，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)將印制導(dǎo)線均勻布置在印刷電路板上，數(shù)字加工技術(shù)能保證每匝線圈的橫截面積相等。數(shù)字加工技術(shù)能保證每匝線圈的橫截面積相等。由于加工工藝的限制，由于加工工藝的限制，PCB板通常不能很厚，布線匝板通常不能很厚，布線匝數(shù)不能很多，單個(gè)線圈產(chǎn)生的電壓不足以滿足輸出的要數(shù)不能很多，單個(gè)線圈產(chǎn)生的電壓不足以滿足輸出的要求，需要幾

42、塊求，需要幾塊PCB板串聯(lián)使用。板串聯(lián)使用。2022-5-647關(guān)鍵技術(shù)電流采集平板型空心線圈組合型空心線圈2022-5-648關(guān)鍵技術(shù)積分技術(shù)模擬積分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、輸入動(dòng)態(tài)范圍大，模擬積分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、輸入動(dòng)態(tài)范圍大，但是由于實(shí)際器件不是理想器件，運(yùn)放的失調(diào)、電容的但是由于實(shí)際器件不是理想器件，運(yùn)放的失調(diào)、電容的泄露與損耗、時(shí)漂和溫漂等因素都會(huì)造成積分誤差。其泄露與損耗、時(shí)漂和溫漂等因素都會(huì)造成積分誤差。其次，模擬積分器的反饋和補(bǔ)償設(shè)計(jì)不夠靈活，且補(bǔ)償環(huán)次，模擬積分器的反饋和補(bǔ)償設(shè)計(jì)不夠靈活，且補(bǔ)償環(huán)節(jié)易引入新的誤差。而積分器需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，完節(jié)易引入新的誤差。而積分

43、器需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，完全克服這些因素造成的誤差是十分困難的。全克服這些因素造成的誤差是十分困難的。數(shù)字積分器的優(yōu)點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，相位特性優(yōu)良，結(jié)數(shù)字積分器的優(yōu)點(diǎn)是：性能穩(wěn)定，相位特性優(yōu)良，結(jié)構(gòu)靈活，調(diào)節(jié)方便。構(gòu)靈活，調(diào)節(jié)方便。2022-5-649關(guān)鍵技術(shù)信號(hào)調(diào)制光強(qiáng)調(diào)制式。光強(qiáng)調(diào)制式。電路變換后驅(qū)動(dòng)高亮電路變換后驅(qū)動(dòng)高亮LED 實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，換，LED 工作在線性區(qū)，其輸出光強(qiáng)和待測(cè)電流成比工作在線性區(qū)，其輸出光強(qiáng)和待測(cè)電流成比例。例。LED 的輸出信號(hào)經(jīng)多模光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)，由光的輸出信號(hào)經(jīng)多模光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)，由光電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后，送往信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)放電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)

44、換后，送往信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)放大、濾波和顯示等功能。光強(qiáng)調(diào)制式的缺點(diǎn)是傳輸?shù)拇蟆V波和顯示等功能。光強(qiáng)調(diào)制式的缺點(diǎn)是傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，易受外界因素影響，因而精度較差。是模擬信號(hào)，易受外界因素影響，因而精度較差。2022-5-650關(guān)鍵技術(shù)信號(hào)調(diào)制脈位調(diào)制式。脈位調(diào)制式。電流互感器輸出的二次交流信號(hào)經(jīng)過(guò)整電流互感器輸出的二次交流信號(hào)經(jīng)過(guò)整流、濾波電路變?yōu)橹绷餍盘?hào)，再由流、濾波電路變?yōu)橹绷餍盘?hào)，再由PWM(脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制)電路將被測(cè)信號(hào)調(diào)制為脈寬信息，然后再通過(guò)電路將被測(cè)信號(hào)調(diào)制為脈寬信息，然后再通過(guò)PPM(脈脈沖位置調(diào)制沖位置調(diào)制)電路獲得對(duì)應(yīng)于脈寬的脈位信號(hào)去驅(qū)動(dòng)發(fā)光電路獲得對(duì)應(yīng)于脈寬

45、的脈位信號(hào)去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。脈沖調(diào)制式的缺點(diǎn)是二極管。脈沖調(diào)制式的缺點(diǎn)是只能測(cè)量有效值，測(cè)量精只能測(cè)量有效值，測(cè)量精度受整流電路的影響較大，度受整流電路的影響較大，特別是當(dāng)測(cè)量電路含有不同特別是當(dāng)測(cè)量電路含有不同諧波分量時(shí)對(duì)測(cè)量精度造成較大影響。諧波分量時(shí)對(duì)測(cè)量精度造成較大影響。2022-5-651關(guān)鍵技術(shù)信號(hào)調(diào)制數(shù)字調(diào)制式數(shù)字調(diào)制式。待測(cè)電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，送往前置。待測(cè)電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，送往前置放大電路，然后經(jīng)快速采樣和放大電路，然后經(jīng)快速采樣和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件將字信息去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件將由光纖傳送來(lái)的

46、光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后由數(shù)字信由光纖傳送來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后由數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、信號(hào)解調(diào)和顯示等功能。數(shù)號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波、信號(hào)解調(diào)和顯示等功能。數(shù)字調(diào)制的缺點(diǎn)是在字調(diào)制的缺點(diǎn)是在高壓側(cè)高壓側(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送電路和數(shù)據(jù)發(fā)送電路和低壓側(cè)低壓側(cè)接收接收電路電路必須有同步的時(shí)鐘信號(hào)必須有同步的時(shí)鐘信號(hào)，才能保證數(shù)據(jù)的正確性，才能保證數(shù)據(jù)的正確性，因此需要兩個(gè)光電傳輸系統(tǒng)來(lái)完成高低端之間的數(shù)據(jù)因此需要兩個(gè)光電傳輸系統(tǒng)來(lái)完成高低端之間的數(shù)據(jù)傳送和同步，增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，并且采用位串傳送和同步，增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，并且采用位串傳送數(shù)據(jù)，抗干擾能力較差。傳送數(shù)據(jù)，抗干擾能力較差。2022

47、-5-652關(guān)鍵技術(shù)信號(hào)調(diào)制脈沖頻率調(diào)制式。脈沖頻率調(diào)制式。待測(cè)電流經(jīng)電流待測(cè)電流經(jīng)電流/電壓變換后，由電壓變換后，由V/F 變換電路轉(zhuǎn)化成與邏輯電路兼容的脈沖串或者方變換電路轉(zhuǎn)化成與邏輯電路兼容的脈沖串或者方波，其輸出頻率與輸入模擬量呈精確的線性比例關(guān)系。波，其輸出頻率與輸入模擬量呈精確的線性比例關(guān)系。低壓側(cè)的解調(diào)部分可以采用低壓側(cè)的解調(diào)部分可以采用F/V 變換，也可以由微處變換，也可以由微處理器采用計(jì)數(shù)方法在給定的計(jì)數(shù)周期內(nèi)測(cè)量輸入脈沖理器采用計(jì)數(shù)方法在給定的計(jì)數(shù)周期內(nèi)測(cè)量輸入脈沖串或者方波的個(gè)數(shù)，就可以得到在這一計(jì)數(shù)周期內(nèi)輸串或者方波的個(gè)數(shù)，就可以得到在這一計(jì)數(shù)周期內(nèi)輸入模擬量的平均值，

48、通過(guò)選擇正確的計(jì)數(shù)周期，這種入模擬量的平均值，通過(guò)選擇正確的計(jì)數(shù)周期，這種方式可以得到高精度的測(cè)量信號(hào)。方式可以得到高精度的測(cè)量信號(hào)。2022-5-653關(guān)鍵技術(shù)高壓側(cè)供能空芯電流互感器采用空芯電流互感器采用懸浮式電源變換器懸浮式電源變換器的供電方式的供電方式(簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱小稱小CT 方式方式)從一次導(dǎo)線上取能量。但當(dāng)一次電流很小，從一次導(dǎo)線上取能量。但當(dāng)一次電流很小，如低至額定電流的如低至額定電流的5%甚至甚至1%以下時(shí)，以下時(shí)， 電源變換器則不電源變換器則不足以維持正常的激勵(lì)狀態(tài)，無(wú)法供出能量，存在小電流足以維持正常的激勵(lì)狀態(tài)，無(wú)法供出能量，存在小電流供電死區(qū)，可能使電子式互感器無(wú)法正常工作。供

49、電死區(qū)，可能使電子式互感器無(wú)法正常工作。后來(lái)發(fā)展為采用后來(lái)發(fā)展為采用低壓側(cè)的半導(dǎo)體激光器低壓側(cè)的半導(dǎo)體激光器通過(guò)供能光纖通過(guò)供能光纖給高壓側(cè)的調(diào)制電路供電，給高壓側(cè)的調(diào)制電路供電， 但存在的關(guān)鍵問(wèn)題是高壓側(cè)但存在的關(guān)鍵問(wèn)題是高壓側(cè)工作的電路功耗過(guò)大，工作的電路功耗過(guò)大，60 mW 左右。當(dāng)然功耗可能進(jìn)一左右。當(dāng)然功耗可能進(jìn)一步降低，步降低， 但功耗的降低意味著互感器的性能將會(huì)隨之降但功耗的降低意味著互感器的性能將會(huì)隨之降低，低， 在功耗和性能之間必須尋求一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)。在功耗和性能之間必須尋求一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)。2022-5-654關(guān)鍵技術(shù)高壓側(cè)供能一般光電轉(zhuǎn)換的效率較高時(shí)為一般光電轉(zhuǎn)換的效率

50、較高時(shí)為30%， 這就要求光源這就要求光源（半導(dǎo)體激光器）的出纖功率至少達(dá)到（半導(dǎo)體激光器）的出纖功率至少達(dá)到180 mW以上，以上，而出纖功率在這種數(shù)量級(jí)的光源，一般壽命較短，而出纖功率在這種數(shù)量級(jí)的光源，一般壽命較短， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力系統(tǒng)對(duì)互感器的壽命要求。不能滿足電力系統(tǒng)對(duì)互感器的壽命要求。目前高壓側(cè)的供能方法一般是采取復(fù)合供能的方式：目前高壓側(cè)的供能方法一般是采取復(fù)合供能的方式：一次電流較大時(shí)，一次電流較大時(shí)， 采用采用CT 供電方式；供電方式； 一次電流較小時(shí)，一次電流較小時(shí)，采用激光供能方式。采用激光供能方式。這種方法可以盡量降低大功率激光這種方法可以盡量降低大功率激光器工作

51、的時(shí)間，延長(zhǎng)其壽命。器工作的時(shí)間，延長(zhǎng)其壽命。2022-5-655應(yīng)用與展望2022-5-656發(fā)展與應(yīng)用早在早在2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代, ,國(guó)外即開(kāi)始研究光學(xué)電流互感器國(guó)外即開(kāi)始研究光學(xué)電流互感器, ,但由于精度低但由于精度低, ,溫度特性差溫度特性差, ,皆未成功掛網(wǎng)運(yùn)行皆未成功掛網(wǎng)運(yùn)行, ,處于理處于理論探索階段。論探索階段。從從2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代起大部分國(guó)家都集中在無(wú)源式電流互年代起大部分國(guó)家都集中在無(wú)源式電流互感器的研制工作上。例如，美國(guó)以塊狀結(jié)構(gòu)的磁光式感器的研制工作上。例如，美國(guó)以塊狀結(jié)構(gòu)的磁光式電流互感器為主，對(duì)它的傳感探頭結(jié)構(gòu)、溫度問(wèn)題、電流互感器為主，對(duì)

52、它的傳感探頭結(jié)構(gòu)、溫度問(wèn)題、信號(hào)處理、計(jì)量、顯示、以及長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題都作了信號(hào)處理、計(jì)量、顯示、以及長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題都作了較為深入的研究。西屋公司研究組研制出的樣機(jī)于較為深入的研究。西屋公司研究組研制出的樣機(jī)于19861986年進(jìn)行過(guò)單、三相計(jì)量與繼電保護(hù)的方面的掛網(wǎng)年進(jìn)行過(guò)單、三相計(jì)量與繼電保護(hù)的方面的掛網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，后來(lái)這個(gè)研究組被運(yùn)行試驗(yàn)，后來(lái)這個(gè)研究組被ABBABB收購(gòu)。收購(gòu)。目前，目前，ABBABB公司公司已有已有69kV-765kV69kV-765kV全系列磁光式電流互感全系列磁光式電流互感器產(chǎn)品。器產(chǎn)品。2022-5-657發(fā)展與應(yīng)用系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電壓 72.5 - 800kV 72.

53、5 - 800kV 絕緣水平絕緣水平 350 - 2050kV 350 - 2050kV 額定一次側(cè)電流至額定一次側(cè)電流至 2000 A 2000 A 額定二次電流額定二次電流 1A 1A 精度超過(guò)精度超過(guò) 0.20.2級(jí)級(jí)(IEC) (IEC) 2022-5-658發(fā)展與應(yīng)用加拿大的加拿大的NxtPhaseNxtPhase公司利用公司利用美國(guó)美國(guó)HoneywellHoneywell公司先進(jìn)的公司先進(jìn)的光纖陀螺導(dǎo)航技術(shù)光纖陀螺導(dǎo)航技術(shù)成果，成功研制了全光纖式電流互成果，成功研制了全光纖式電流互感器，精確度達(dá)感器，精確度達(dá)0.20.2級(jí)，產(chǎn)品已在美國(guó)的亞利桑那州電級(jí)，產(chǎn)品已在美國(guó)的亞利桑那州電力

54、公司運(yùn)行。力公司運(yùn)行。20092009年，年，AREVAAREVA（阿?，m）（阿?，m）輸配電公司收輸配電公司收購(gòu)購(gòu)NxtphaseNxtphase公司，并開(kāi)始在全球范圍內(nèi)推廣這一先進(jìn)公司，并開(kāi)始在全球范圍內(nèi)推廣這一先進(jìn)技術(shù)。到目前為止，在北美和歐洲等技術(shù)。到目前為止，在北美和歐洲等2323個(gè)國(guó)家共有個(gè)國(guó)家共有10731073套系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，電壓等級(jí)覆蓋套系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行，電壓等級(jí)覆蓋36kV36kV到到550kV550kV，包括高壓交流和高壓直流應(yīng)用、超大直流電流應(yīng)用和包括高壓交流和高壓直流應(yīng)用、超大直流電流應(yīng)用和GISGIS應(yīng)用等。應(yīng)用等。阿爾斯通與施耐德電氣完成阿?，m輸配電阿爾斯通與施

55、耐德電氣完成阿?，m輸配電收購(gòu)。收購(gòu)。德國(guó)德國(guó)西門(mén)子西門(mén)子公司也在研究類似的全光纖式電流互感器。公司也在研究類似的全光纖式電流互感器。另外，日本及英、法、瑞士等國(guó)在磁光式電流互感器另外，日本及英、法、瑞士等國(guó)在磁光式電流互感器上進(jìn)行了大量的研究工作。上進(jìn)行了大量的研究工作。2022-5-659發(fā)展與應(yīng)用我國(guó)在光纖電流互感器方面的研究起步比較晚，上世我國(guó)在光纖電流互感器方面的研究起步比較晚，上世紀(jì)紀(jì) 80 80 年代才開(kāi)始，相對(duì)其它國(guó)家比較落后。年代才開(kāi)始，相對(duì)其它國(guó)家比較落后。清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大、哈爾濱工業(yè)大清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、燕山大學(xué)、華北電力大學(xué)、

56、武漢大學(xué)、電子部學(xué)、燕山大學(xué)、華北電力大學(xué)、武漢大學(xué)、電子部2626所、北京電科院、沈陽(yáng)互感器廠和上海所、北京電科院、沈陽(yáng)互感器廠和上海MWBMWB互感器制造互感器制造公司等都在這方面取得了一定的成果。公司等都在這方面取得了一定的成果。目前，國(guó)內(nèi)提供光學(xué)電流互感器的主要廠家有：許繼目前，國(guó)內(nèi)提供光學(xué)電流互感器的主要廠家有：許繼電氣和南瑞繼保，此外還有武漢烽火富華、珠海成瑞電氣和南瑞繼保，此外還有武漢烽火富華、珠海成瑞（光供電混合型）、北京水木源華、西安高研等等。（光供電混合型）、北京水木源華、西安高研等等。20102010年年1212月，中國(guó)電科院研發(fā)的月，中國(guó)電科院研發(fā)的500500千伏全光

57、纖電流互千伏全光纖電流互感器通過(guò)鑒定，其測(cè)量準(zhǔn)確級(jí)達(dá)感器通過(guò)鑒定，其測(cè)量準(zhǔn)確級(jí)達(dá)0.2S0.2S級(jí)級(jí)/3P/3P級(jí)，達(dá)到行級(jí)，達(dá)到行業(yè)應(yīng)用對(duì)于互感器產(chǎn)品的最高要求。業(yè)應(yīng)用對(duì)于互感器產(chǎn)品的最高要求。2022-5-660發(fā)展與應(yīng)用2022-5-661發(fā)展與應(yīng)用2022-5-662發(fā)展與應(yīng)用2022-5-663發(fā)展與應(yīng)用許繼在黑河掛網(wǎng)運(yùn)行的電子式電流互感器許繼在黑河掛網(wǎng)運(yùn)行的電子式電流互感器2022-5-664發(fā)展與應(yīng)用許繼自適應(yīng)光學(xué)電流互感器許繼自適應(yīng)光學(xué)電流互感器2022-5-665展望通過(guò)多年探索通過(guò)多年探索, , 上面介紹的幾種主流結(jié)構(gòu)也都有掛上面介紹的幾種主流結(jié)構(gòu)也都有掛網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)歷及產(chǎn)品

58、出現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)歷及產(chǎn)品出現(xiàn), , 但由于成本、精度、長(zhǎng)但由于成本、精度、長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性等方面的原因期運(yùn)行的可靠性等方面的原因, , 目前離大規(guī)模替代目前離大規(guī)模替代傳統(tǒng)電流互感器還有距離。今后傳統(tǒng)電流互感器還有距離。今后, , 除了可能出現(xiàn)新除了可能出現(xiàn)新的方法外的方法外, , 總的發(fā)展趨勢(shì)將集中表現(xiàn)在繼續(xù)探索解總的發(fā)展趨勢(shì)將集中表現(xiàn)在繼續(xù)探索解決上述問(wèn)題的方案上決上述問(wèn)題的方案上, , 并可能在以下方面獲得突破并可能在以下方面獲得突破: :研究新型傳感光纖。研究新型傳感光纖。隨著光纖材料研究的進(jìn)展隨著光纖材料研究的進(jìn)展, , 可可能出現(xiàn)高維爾德常數(shù)且對(duì)溫度不敏感的新型傳感光能出現(xiàn)高維爾德常

59、數(shù)且對(duì)溫度不敏感的新型傳感光纖纖, , 提高全光纖型電流互感器的精度及穩(wěn)定性。提高全光纖型電流互感器的精度及穩(wěn)定性。2022-5-666展望集成光學(xué)的發(fā)展集成光學(xué)的發(fā)展。研究集成光學(xué)組件研究集成光學(xué)組件, , 將光路中用將光路中用到的有關(guān)光學(xué)器件集成在一個(gè)組件上到的有關(guān)光學(xué)器件集成在一個(gè)組件上, , 簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu), , 提高性能。例如提高性能。例如, , 目前已經(jīng)出現(xiàn)的用于光纖陀目前已經(jīng)出現(xiàn)的用于光纖陀螺的集成組件螺的集成組件, , 采用采用LiNbO3LiNbO3作為功能材料作為功能材料, , 將光分將光分路器、相位調(diào)制器、偏振器等集成在一個(gè)芯片上路器、相位調(diào)制器、偏振器等集成在一個(gè)芯片上, , 使系統(tǒng)性能大大提高使系統(tǒng)性能大大提高, , 經(jīng)過(guò)改進(jìn)經(jīng)過(guò)改進(jìn), , 這種集成組件可這種集成組件可望用于全光纖型望用于全光纖型電流互感器。電流互感器。磁光玻璃型傳感頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。磁光玻璃型傳感頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在保證反射保偏性的在保證反射保偏性的前提下前提下, , 優(yōu)化光路設(shè)計(jì)優(yōu)化光路設(shè)計(jì), ,提高傳感頭的易加工性。提高傳感頭的易加工性。另外，還可進(jìn)一步降低磁光玻璃各部分的溫度梯度，另外，還可進(jìn)一步降低磁光玻璃各部分的溫度梯