专利名称：自愈光学电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种电流互感器。
背景技术：
现代电力系统需要测量准确、绝缘安全和数字输出的电流互感器。传统的电磁 式电流互感器由于存在磁路饱和问题，暂态测量精度不能很好满足保护控制和动态观测 的要求；绝缘安全性不理想，绝缘安全故障时有发生；模拟量输出等问题，已经不能满 足数字电力系统建设的需要。随着现代光纤技术、电子技术的发展，电子式电流互感器 取代传统的电磁式电流互感器已成为发展的必然趋势。 目前，电子式电流互感器主要有两种空心线圈电子式电流互感器和光学电流 互感器。空心线圈电子式电流互感器采用空心线圈作为传感线圈，传感线圈将高压母 线电流感应为合适的电流，经过取样电阻模块转换成电压信号，在高压侧通过处理电路 转换成光信号，通过光纤传输至低压侧进行信号恢复和远传，实现对高压母线电流的测 量。空心线圈由于不带铁心，易受外界电磁干扰，同时其线圈的绕制形状和工艺要求很 高，而且线圈骨架还在一定程度上受温度等环境因素的影响，温度稳定性较差，使得其 测量精度不能达到很高；而且，由于其高压侧信号处理电路需要长期可靠的供电电源， 供电电源设计和低功耗设计是现有技术的空心线圈电子式电流互感器研究的难点和关键 技术。现有高压电源技术中主要有激光供能和悬浮式电源两种。激光供能，由于半导体 材料的特性决定了大功率激光器的寿命一般仅在几年左右，远不能满足电力系统测量对 互感器长期稳定运行的要求。悬浮式电源，由于高压母线电流过小时存在工作死区，在 高压母线出线短路大电流时，需要设计专门电路吸收多余的能量，使得悬浮式电源供电 可靠性降低。电源供电的不稳定，将大大影响电流互感器的测量精确度。
光学电流互感器是利用法拉第磁旋光效应的原理工作，它一般采用磁光玻璃材 料制作光学电流传感头，检测通过光学电流传感头的线偏振光受磁场变化引起的偏转 角，实现对高压母线电流的测量。由于温度等环境因素的改变，磁光材料会产生线性双 折射，使得光学电流互感器具有温度特性，而这些温度特性具有无法描述的复杂性，几 乎不可能用温度进行补偿。因此，现有技术的光学电流互感器受光学工艺和光学材料的 制约，其测量准确度不高、温度稳定性差，无法达到长期稳定运行的实用化要求。
授权公告号CN1271413C、授权公告日为2006年8月23日、专利号为 ZL03125392.X、发明名称为一种光电电流互感器的中国发明专利公开了 一种光电电流 互感器，通过永久磁铁引入标准磁场，达到实时补偿环境温度等引起线性双折射对测量 结果的影响，上述技术虽然解决了实时补偿环境温度等引起线性双折射对测量结果的影 响，但是还存在高稳定度的永久磁铁不易得到；测量准确度易受安装位置和振动等外因 引起的位置变化的影响等问题。 综上所述，现有光学电流互感器测量精度不高，温度稳定性差，长期运行可靠 性差，使得光学电流互感器没有达到真正的实用化要求。
发明内容
本发明为了解决现有光学电流互感器存在着测量精度不高，温度稳定性差，长 期运行可靠性差的问题，而提出的一种自愈光学电流互感器。 自愈光学电流互感器，它由光学电流传感器、自愈校正器和算法实现单元组 成；算法实现单元由数字信号解调模块、工频滤波模块、故障判断模块和系数校正模块 组成；光学电流传感器和自愈校正器分别装设在电力输电母线上，光学电流传感器的数 据信号输出端与算法实现单元中数字信号解调模块的数据信号输入端相连，数字信号解 调模块的第一信号输出端与工频滤波模块的第二信号输入端相连，数字信号解调模块的 第二信号输出端与系数校正模块的第一信号输入端相连，自愈校正器的数据信号输出端 与算法实现单元中工频滤波模块的第一数据信号输入端相连，工频滤波模块的数据信号 输出端与故障判断模块的数据信号输入端相连，故障判断模块的数据信号输出端与系数 校正模块的第二数据信号输入端相连，系数校正模块的数据信号输出端与二次电力设备 的信号输入端相连，系数校正模块的数据信号输出端即自愈光学电流互感器的数据信号 输出端。 本发明具有测量准确度高、温度稳定性好，可靠性高的优点。它采用自愈校正 器3，应用自愈校正技术完全消除了光学电流互感器测量准确度易受环境温度和振动等外 界因素的影响；采用间断性自愈校正，使得高压侧电源处于间断式供电状态，大大提高 了电源供电可靠性和寿命；采用无源结构的光学电流传感器，不存在由于高压侧失电， 输出错误信息弓I起保护误动作的情况。
图l为本发明的模块结构示意图，图2为光学电流传感器2的模块结构示意图， 图3为光学电流传感单元2-1采用直条形磁光玻璃式的结构示意图，图4为光学电流传感 单元2-1采用集磁环式的结构示意图，图5为光玻璃式光学电流传感单元2-1采用块状玻 璃形磁的结构示意图，图6为光学电流传感单元2-l采用传感光纤式的结构示意图，图7 为模拟信号处理电路2-4的模块结构示意图，图8为自愈校正器3的模块结构示意图，图 9为图3中一个传感单元的交直流配平方案算法实现的框图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图l说明本实施方式，本实施方式由光学电流传感器2、 自愈校正器3和算法实现单元4组成；算法实现单元4由数字信号解调模块4-1、工频滤 波模块4-2故障判断模块4-3和系数校正模块4-4组成；光学电流传感器2和自愈校正器 3分别装设在电力输电母线1上，光学电流传感器2的数据信号输出端与算法实现单元4 中数字信号解调模块4-l的数据信号输入端相连，数字信号解调模块4-l的第一信号输出 端与工频滤波模块4-2的第二信号输入端相连，数字信号解调模块4-l的第二信号输出端 与系数校正模块4-4的第一信号输入端相连，自愈校正器3的数据信号输出端与算法实现 单元4中工频滤波模块4-2的第一数据信号输入端相连，工频滤波模块4-2的数据信号输 出端与故障判断模块4-3的数据信号输入端相连，故障判断模块4-3的数据信号输出端与
6系数校正模块4-4的第二数据信号输入端相连，系数校正模块4-4的数据信号输出端与二 次电力设备的信号输入端相连，系数校正模块4-4的数据信号输出端即自愈光学电流互感 器的数据信号输出端。
具体实施方式
二结合图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不 同点在于自愈校正器3由轻载线圈模块3-l、取样电阻模块3-2、高压供电电源模块3-3、 高压侧电路3-10和低压侧电路3-11组成；高压侧电路3-10由过压保护电路3-4、偏置电 路3-5、频率调制电路3-6和高压电光转换电路3-7组成；低压侧电路3-11由低压电光转 换电路3-8和信号解调电路3-9组成；轻载线圈模块3-1的信号输入端即自愈校正器3的 信号输入端，轻载线圈模块3-l的信号输出端与取样电阻模块3-2的信号输入端相连，取 样电阻模块3-2的信号输出端与高压侧电路3-10中的过压保护电路3-4的信号输入端相 连，过压保护电路3-4的信号输出端与偏置电路3-5的信号输入端相连，偏置电路3-5的 信号输出端与频率调制电路3-6的信号输入端相连，频率调制电路3-6的信号输出端与高 压电光转换电路3-7的信号输入端相连，高压电光转换电路3-7的信号输出端即高压侧电 路3-10的信号输出端，高压电光转换电路3-7的信号输出端与低压侧电路3-11中的低压 电光转换电路3-8的信号输入端相连，低压电光转换电路3-8的信号输出端与信号解调电 路3-9的信号输入端相连，信号解调电路3-9的信号输出端即自愈校正器3的数据信号输 出端；高压供电电源模块3-3的四个供电电源输出端同时与高压侧电路3-10中的过压保 护电路3-4的供电电源输入端、偏置电路3-5的供电电源输入端、频率调制电路3-6的供 电电源输入端和高压电光转换电路3-7的供电电源输入端相连。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不 同点在于光学电流传感器2由光学电流传感单元2-l、光源2-2、光电检测器2-3和模拟 信号处理电路2-4组成；光源2-2的光线出射端与光学电流传感单元2-1的光线入射端相 连，光学电流传感单元2-l的信号输出端与光电检测器2-3的信号输入端相连，光电检测 器2-3的数据信号输出端与模拟信号处理电路2-4的数据信号输入端相连，模拟信号处理 电路2-4的数据信号输出端即光学电流传感器2的数据信号输出端。其它组成和连接方 式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不 同点在于光学电流传感单元2-l由两个结构相同的传感单元组成，两个结构相同的传感单 元相对地设置在电力输电母线1的两侧，所述传感单元由三个光纤准直器2-1-1、起偏器 2-1-2、直条形磁光玻璃2-1-3和检偏器2-1-4组成，第一个光纤准直器2-1-1装设在起偏 器2-1-2的一侧端面上，起偏器2-1-2的另一侧端面与直条形磁光玻璃2-1-3的一侧端面 相连，直条形磁光玻璃2-1-3的另一侧端面与检偏器2-1-4的一侧端面相连，第二个光纤 准直器2-1-1装设在检偏器2-1-4的一侧端面上，第三个光纤准直器2-1-1装设在检偏器 2-1-4的另一个侧面上，所述第一个光纤准直器2-1-1的中心光轴、起偏器2-1-2的中心光 轴、直条形磁光玻璃2-1-3的中心光轴和第二个光纤准直器2-1-1的中心光轴位于同一轴 线上。其它组成和连接方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不 同点在于光学电流传感单元2-l由一个集磁环2-1-5和一个传感单元组成，所述传感单元
7由三个光纤准直器2-1-1、起偏器2-1-2、直条形磁光玻璃2-1-3和检偏器2-1-4组成，第 一个光纤准直器2-1-1装设在起偏器2-1-2的一侧端面上，起偏器2-1-2的另一侧端面与直 条形磁光玻璃2-1-3的一侧端面相连，直条形磁光玻璃2-1-3的另一侧端面与检偏器2-1-4 的一侧端面相连，第二个光纤准直器2-1-1装设在检偏器2-1-4的一侧端面上，第三个光 纤准直器2-1-1装设在检偏器2-1-4的另一个侧面上，所述第一个光纤准直器2-1-1的中心 光轴、起偏器2-1-2的中心光轴、直条形磁光玻璃2-1-3的中心光轴和第二个光纤准直器 2-1-1的中心光轴位于同一轴线上。所述集磁环2-1-5为带有一个断口的圆环，电力输电 母线l放置在集磁环2-1-5的圆心处，所述传感单元放置在集磁环2-1-5的断口内，且传 感单元的轴向方向与集磁环2-1-5的切向方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不 同点在于光学电流传感单元2-1的传感单元由三个光纤准直器2-1-1、起偏器2-1-2、块状 玻璃形磁光玻璃2-1-6和检偏器2-1-4组成，电力输电母线1放置在块状玻璃形磁光玻璃 2-1-6的中心轴线处，第一个光纤准直器2-1-1装设在起偏器2-1-2的一侧端面上，起偏器 2-1-2的另一侧端面与块状玻璃形磁光玻璃2-1-6的一侧端面相连，块状玻璃形磁光玻璃 2-1-6的另一侧端面与检偏器2-1-4的一侧端面相连，第二个光纤准直器2-1-1装设在检偏 器2-1-4的一侧端面上，第三个光纤准直器2-1-1装设在检偏器2-1-4的另一个侧面上，所 述第一个光纤准直器2-1-1的中心光轴、起偏器2-1-2的中心光轴、直条形磁光玻璃2-1-3 的中心光轴和第二个光纤准直器2-1-1的中心光轴相互垂直。其它组成和连接方式与具体 实施方式三相同。
具体实施方式
七结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不 同点在于光学电流传感单元2-1的传感单元由三个光纤准直器2-1-1、起偏器2-1-2、传感 光纤2-1-7和检偏器2-1-4组成，电力输电母线1放置在传感光纤2-1-7所围成的圆的圆心 处，第一个光纤准直器2-1-1装设在起偏器2-1-2的一侧端面上，起偏器2-1-2的另一侧端 面与传感光纤2-1-7的一侧端面相连，传感光纤2-1-7的另一侧端面与检偏器2-1-4的一侧 端面相连，第二个光纤准直器2-1-1装设在检偏器2-1-4的一侧端面上，第三个光纤准直 器2-1-1装设在检偏器2-1-4的另一个侧面上。其它组成和连接方式与具体实施方式
三相 同。
具体实施方式
八结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三不 同点在于模拟信号处理电路2-4由基准电压模块2-4-1、第一差分放大电路2-4-2、抗混 叠低通滤波电路2-4-3、隔直电路2-4-4和第二放大电路2-4-5组成，第一差分放大电路 2-4-2的第一数据信号输入端即模拟信号处理电路2-4的数据信号输入端，第一差分放大 电路2-4-2的第二信号输入端与基准电压模块2-4-1的信号输出端相连，第一差分放大电 路2-4-2的数据信号输出端同时与抗混叠低通滤波电路2-4-3的第一数据信号输入端和隔 直电路2-4-4的数据信号输入端相连，隔直电路2-4-4的数据信号输出端与第二放大电路 2-4-5的数据信号输入端相连，第二放大电路2-4-5的数据信号输出端与抗混叠低通滤波电 路2-4-3的第二数据信号输入端相连，抗混叠低通滤波电路2-4-3的数据信号输出端即模 拟信号处理电路2-4的数据信号输出端。其它 成和连接方式与具体实施方式
三相同。
本发明的工作过程
结合图2、图3和图7说明光学电流传感器2的工作原理它包括光学电流传感 单元2-l、光源2-2、光电检测器2-3和模拟信号处理电路2-4，其中光学电流传感单元2-1 包括采用直通光路结构的两个传感头单元，分别位于电力输电母线1的两侧，构成差分 方式的测量结构。传感单元由光纤准直器2-1-1、起偏器2-1-2、直条形磁光玻璃2-1-3和 检偏器2-1-4构成。光源2-2通过光纤将一束自然光送入光学电流传感单元2-l，含有被 测电流信息的光信号再通过光纤传输至位于低压侧的光电检测器2-3，经过光电转换的电 信号在进入数字信号处理之前，需要输入模拟信号处理电路2-4进行信号调理。为了有效 地利用模数转换的有效位数，提高输入信号的信噪比，传感头的输出信号与具有高稳定 性的电压基准芯片2-4-1产生的基准电压Vm同时输入第一差分放大电路2-4-2进行一级放 大A"光学电流互感器的输出根据用途的不同一般分为计量输出和保护输出，计量输出 一般仅需要基波和有限次谐波信息，而保护输出一般需要保留电流的原始信息；在经过 第一差分放大电路2-4-2后，其中一路经隔直电路2-4-4再进入第二放大电路2-4-5进行二 次放大A2作为计量输出，在进入模数转换器之前须经过抗混叠低通滤波电路2-4-3;而 另外一路作为保护输出直接通过抗混叠低通滤波电路2-4-3进入算法实现单元4的模数转 换器。 结合图8说明自愈校正器3的工作原理它包括轻载线圈模块3-1、取样电阻模 块3-2、高压侧供电电源3-3、高压侧电路3-10和低压侧电路3-11。电力输电母线l穿过 带有小铁心的轻载线圈模块3-l的中心，轻载线圈模块3-l的二次线圈串接一高精密小阻 值取样电阻模块3-2，其输出为一正比于被测电流的低电压信号。取样电阻模块3-2得到 的电压信号输入高压侧信电路3-10，高压侧供电电源3-3由激光和光电池组合构成，高压 电光转换电路3-7输出为经过调制的带有被测电流信息的光脉冲信号，光信号通过光纤传 输至低压侧电路3-11的低压光电转换电路3-8，低压光电转换电路3-8将光脉冲信号恢复 成与被测电流成比例关系的频率信号，信号解调电路3-9对频率信号进行解调，得到的结 果uR通过抗混叠低通滤波电路2-4-3进入算法实现单元4的模数转换器。
算法实现单元4中数字信号解调模块4-1是基于法拉第磁旋光效应原理的光学电 流互感器的基本处理模块，具体说明如下 以一个传感单元为例分析，由于需要测量包括直流在内的全电流信息，本实施
例采用双光路的方式。当入射光以任意起偏角入射时，双光路输出分别为
<formula>formula see original document page 9</formula> 式中I1Q为传感单元的入射光光源的光强； ku和k12分别为传感单元两路输出光路的衰减系数；，为被测电流引起的磁光玻璃的法拉第偏转角，与一次电流^成正比；6/8页
双折射'
S为磁光玻璃的线性双折射，它包括玻璃材料的固有双折射和外界因素引入的
当5》炉时，A s ^ ，有下式成立
sin J
2伊+ sin (—) * sin , 2
艮 传感单元的两路输出光强信息Iu和I12，在经过图7所示的模拟信号处理电路2-4 之后分为2路保护输出Inp'和112/以及2路计量输出InM'和112乂 ，再进入算法实现单 元4的数字信号解调模块4-l。双光路方式由于用到两路光强，两光路之间会存在差异， 并且两路中的光电检测器和放大器的特性不可能完全一致，即衰减系数kn和k^是不一致 的，所以会存在两光路之间的配平，本实施例采用交直流配平的方案实现，图9为图3中 一个传感单元的交直流配平方案算法实现的框图，具体实现如下 保护输出Inp'和112/首先縮小AJ咅，然后加上基准电压Vm，得到Inp和I，，
其表达式与Iu和112 —致；计量输出InM'和112乂先縮小AJ咅，再縮小AJ咅，得到Ihm
禾口 Il2M，
其表达式为1,,和112中的交流成分，表示为
—~厂
( 丁
(6)
(7)
l 其中，1115>和1121>通过截至频率为1Hz的低通滤波器得到直流分量Inp, dc和
DC，分别求取平均值后相除得到直流配平系数K。c; InM和^M分别求取有效值后相
除得到交流配平系数K1AC。经过图9所示的相应的差除和运算得到传感单元的保护输出
u1P和计量输出u1M，表达式如下
/, t j> 一 Xi
DC
1
、2 A
DC
1—sin (—)'sin稀 2
1
IP, DC
， J
2
sin 5
)'2，
(8)
(9) 采用同样的方法和步骤，可以得到另一个传感单元的测量结果保护输出U2P与 Uw相同，计量输出化M与U皿相同。本实例采用差分方式的测量结构，即光学电流互感 器的最终输出结果为两个传感单元的测量结果的平均uP与UM，其表达式分别与U1P和U1M
相同。不仅如此，在其中一个传感单元出现问题时，另外一个传感单元的测量结果仍能 保证保护的正确动作，提高了系统的可靠性。
算法实现单元4的工频滤波模块4-2采用FFT算法，实现对自愈校正器3的输出 结果和光学电流传感器2经过数字信号解调模块后的计量输出结果的基波提取。
算法实现单元4的故障判断模块4-3主要是通过比较自愈校正器3的输出结果和 光学电流传感器2经过数字信号解调模块4-1后的计量输出结果的基波有效值进行判断 的。当判断一次线路发生异常时，通知系数校正模块4-4停止自愈校正。由于系数校正 模块4-4采用间断性延时校正，其故障判断算法没有实时性要求，所以故障判断模块4-3 的故障判断算法实现容易、简单有效。 算法实现单元4的系数校正模块4-4是依据故障判断模块4-3的故障判断结果进 行的，校正系数是通过对自愈校正器3的输出uR和光学电流传感器2的计量输出uM的运 算得到的，其具体说明如下 光学电流传感器2计量输出uM的表达式为
uM( S ) = K( S ) . i丄 (10) 其中，K(S)称为传感系数。
一般情况下，光学电流互感器有一个确定的额定变
比，它是指在确定的环境温度条件下(比如室温20°C )施加额定电流时的传感系数，设为
Kr，则计量输出UM(S)可以表示为 uM(S) = a(S).Kr.t (11) 其中，a(S)称为系数校正因子，其表达式为
,=丄^^|^^_(—，)j,r (12) , , 2/、 ， d/j ^
2 由于线性双折射S和费尔德常数V受环境温度T的影响，所以系数校正因子 a(S)是温度的函数，可以记为a(T)，它是光学电流互感器输出受环境温度影响的真正 原因。本实施例是通过实时计算a(T)对光学电流互感器输出进行温度补偿的，具体实现 如下 设计自愈校正器3，它基于电磁感应原理，与温度无关，在-40 +60°C的温度 范围内能准确测量稳态一次基波电流i"Q，并使其输出uJfD等于Kr^(fD。于是，对于 测量稳态一次基波电流i"fO，有下式成立
uM(f" T) = a(T).《) (13) 在稳态运行时，自愈校正器3的输出UR通过工频滤波模块6，得到输出基波分量 的有效值记为UJfD。同时，光学电流传感器2的计量输出uM也通过工频滤波模块4-2， 得到输出基波分量的有效值记记为UM(fp T)。于是，可以得到系数校正因子a(T): "(r),,"^:0- (14) 对于被测一次电流中的各种频率成分，光学电流互感器输出的温度影响表现一 致，它们的系数校正因子a(T)是一致的。所以经过温度补偿后，包含各次谐波信息的光 学电流传感器2的计量输出uM可以通过下式得到m=^^t (15) "(.r) 由于光学电流传感器2的保护输出Up与计量输出uM的表达式是一致的，即通过
11计量输出UM计算得到的系数校正因子aCO同样适用于保护输出。这样，也就保证了保 护输出uP的补偿效果，从而也保证了光学电流互感器的暂态测量精度。
由于温度对光学电流互感器测量结果的影响是缓慢的，即系数校正因子a(T)的 变化是缓慢的。所以，系数校正可以采用间断性延时校正，即并不需要自愈校正器连续 实时工作，降低了系统的实时性要求，易于准确实现。 在软件实现时，依据故障判断模块4-3的故障判断结果修正系数校正因子 a (T)。当判断结果为一次线路未发生异常时，用计算得到的N次系数校正因子a CO的 平均值aCO代替原值作为新的系数校正因子，实现输出结果的间断性温度补偿；但当判 断结果为一次线路发生异常或自愈校正器暂停工作时，闭锁修正，保持异常前计算得到 的系数校正因子不变，作为异常时输出结果的温度补偿。 本发明所述的自愈光学电流互感器解决了光学电流互感器测量结果温度影响的 缺点，经过测试，在-40 +6(TC的温度范围内稳态测量精度达到了0.2S级计量要求，暂 态测量精度最大峰值瞬时误差优于±1%。
权利要求
自愈光学电流互感器，其特征在于它由光学电流传感器(2)、自愈校正器(3)和算法实现单元(4)组成；算法实现单元(4)由数字信号解调模块(4-1)、工频滤波模块(4-2)、故障判断模块(4-3)和系数校正模块(4-4)组成；光学电流传感器(2)和自愈校正器(3)分别装设在电力输电母线(1)上，光学电流传感器(2)的数据信号输出端与算法实现单元(4)中数字信号解调模块(4-1)的数据信号输入端相连，数字信号解调模块(4-1)的第一信号输出端与工频滤波模块(4-2)的第二信号输入端相连，数字信号解调模块(4-1)的第二信号输出端与系数校正模块(4-4)的第一信号输入端相连，自愈校正器(3)的数据信号输出端与算法实现单元(4)中工频滤波模块(4-2)的第一数据信号输入端相连，工频滤波模块(4-2)的数据信号输出端与故障判断模块(4-3)的数据信号输入端相连，故障判断模块(4-3)的数据信号输出端与系数校正模块(4-4)的第二数据信号输入端相连，系数校正模块(4-4)的数据信号输出端与二次电力设备的信号输入端相连，系数校正模块(4-4)的数据信号输出端即自愈光学电流互感器的数据信号输出端。
2. 根据权利要求1所述的自愈光学电流互感器，其特征在于自愈校正器(3)由轻载线 圈模块(3-l)、取样电阻模块(3-2)、高压供电电源模块(3-3)、高压侧电路(3-10)和低压侧 电路(3-ll)组成；高压侧电路(3-10)由过压保护电路(3-4)、偏置电路(3-5)、频率调制电 路(3-6)和高压电光转换电路(3-7)组成；低压侧电路(3-11)由低压电光转换电路(3-8)和 信号解调电路(3-9)组成；轻载线圈模块(3-1)的信号输入端即自愈校正器(3)的信号输入 端，轻载线圈模块(3-l)的信号输出端与取样电阻模块(3-2)的信号输入端相连，取样电阻 模块(3-2)的信号输出端与高压侧电路(3-10)中的过压保护电路(3-4)的信号输入端相连， 过压保护电路(3-4)的信号输出端与偏置电路(3-5)的信号输入端相连，偏置电路(3-5)的 信号输出端与频率调制电路(3-6)的信号输入端相连，频率调制电路(3-6)的信号输出端与 高压电光转换电路(3-7)的信号输入端相连，高压电光转换电路(3-7)的信号输出端即高压 侧电路(3-10)的信号输出端，高压电光转换电路(3-7)的信号输出端与低压侧电路(3-11) 中的低压电光转换电路(3-8)的信号输入端相连，低压电光转换电路(3-8)的信号输出端与 信号解调电路(3-9)的信号输入端相连，信号解调电路(3-9)的信号输出端即自愈校正器 (3)的数据信号输出端；高压供电电源模块(3-3)的四个供电电源输出端同时与高压侧电路 (3-10)中的过压保护电路(3-4)的供电电源输入端、偏置电路(3-5)的供电电源输入端、频 率调制电路(3-6)的供电电源输入端和高压电光转换电路(3-7)的供电电源输入端相连。
3. 根据权利要求1所述的自愈光学电流互感器，其特征在于光学电流传感器(2)由光 学电流传感单元(2-l)、光源(2-2)、光电检测器(2-3)和模拟信号处理电路(2-4)组成；光 源(2-2)的光线出射端与光学电流传感单元(2-l)的光线入射端相连，光学电流传感单元 (2-1)的信号输出端与光电检测器(2-3)的信号输入端相连，光电检测器(2-3)的数据信号输 出端与模拟信号处理电路(2-4)的数据信号输入端相连，模拟信号处理电路(2-4)的数据信 号输出端即光学电流传感器(2)的数据信号输出端。
4. 根据权利要求3所述的自愈光学电流互感器，其特征在于光学电流传感单元(2-1) 由两个结构相同的传感单元组成，两个结构相同的传感单元相对地设置在电力输电母线 (l)的两侧，所述传感单元由三个光纤准直器(2-1-1)、起偏器(2-1-2)、直条形磁光玻璃 (2-1-3)和检偏器(2-1-4)组成，第一个光纤准直器(2-1-1)装设在起偏器(2-1-2)的一侧端面 上，起偏器(2-1-2)的另一侧端面与直条形磁光玻璃(2-1-3)的一侧端面相连，直条形磁光玻璃(2-1-3)的另一侧端面与检偏器(2-1-4)的一侧端面相连，第二个光纤准直器(2-1-1)装 设在检偏器(2-1-4)的一侧端面上，第三个光纤准直器(2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的另一 个侧面上，所述第一个光纤准直器(2-1-1)的中心光轴、起偏器(2-1-2)的中心光轴、直条 形磁光玻璃(2-1-3)的中心光轴和第二个光纤准直器(2-1-1)的中心光轴位于同一轴线上。
5. 根据权利要求3所述的自愈光学电流互感器，其特征在于光学电流传感单元(2-1) 由一个集磁环(2-1-5)和一个传感单元组成，所述传感单元由三个光纤准直器(2-1-1)、起 偏器(2-1-2)、直条形磁光玻璃(2-1-3)和检偏器(2-1-4)组成，第一个光纤准直器(2-1-1)装 设在起偏器(2-1-2)的一侧端面上，起偏器(2-1-2)的另一侧端面与直条形磁光玻璃(2-1-3) 的一侧端面相连，直条形磁光玻璃(2-1-3)的另一侧端面与检偏器(2-1-4)的一侧端面相 连，第二个光纤准直器(2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的一侧端面上，第三个光纤准直器 (2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的另一个侧面上，所述第一个光纤准直器(2-1-1)的中心光 轴、起偏器(2-1-2)的中心光轴、直条形磁光玻璃(2-1-3)的中心光轴和第二个光纤准直器 (2-1-1)的中心光轴位于同一轴线上，所述集磁环(2-1-5)为带有一个断口的圆环，电力输 电母线(1)放置在集磁环(2-1-5)的圆心处，所述传感单元放置在集磁环(2-1-5)的断口内， 且传感单元的轴向方向与集磁环(2-1-5)的切向方向相同。
6. 根据权利要求3所述的自愈光学电流互感器，其特征在于光学电流传感单元(2-1) 的传感单元由三个光纤准直器(2-1-1)、起偏器(2-1-2)、块状玻璃形磁光玻璃(2-1-6)和检 偏器(2-1-4)组成，电力输电母线(1)放置在块状玻璃形磁光玻璃(2-1-6)的中心轴线处， 第一个光纤准直器(2-1-1)装设在起偏器(2-1-2)的一侧端面上，起偏器(2-1-2)的另一侧端 面与块状玻璃形磁光玻璃(2-1-6)的一侧端面相连，块状玻璃形磁光玻璃(2-1-6)的另一侧 端面与检偏器(2-1-4)的一侧端面相连，第二个光纤准直器(2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的 一侧端面上，第三个光纤准直器(2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的另一个侧面上，所述第一 个光纤准直器(2-1-1)的中心光轴、起偏器(2-1-2)的中心光轴、直条形磁光玻璃(2-1-3)的 中心光轴和第二个光纤准直器(2-1-1)的中心光轴相互垂直。
7. 根据权利要求3所述的自愈光学电流互感器，其特征在于光学电流传感单元(2-1) 的传感单元由三个光纤准直器(2-1-1)、起偏器(2-1-2)、传感光纤(2-1-7)和检偏器(2-1-4) 组成，电力输电母线(l)放置在传感光纤(2-1-7)所围成的圆的圆心处，第一个光纤准直 器(2-1-1)装设在起偏器(2-1-2)的一侧端面上，起偏器(2-1-2)的另一侧端面与传感光纤 (2-1-7)的一侧端面相连，传感光纤(2-1-7)的另一侧端面与检偏器(2-1-4)的一侧端面相 连，第二个光纤准直器(2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的一侧端面上，第三个光纤准直器 (2-1-1)装设在检偏器(2-1-4)的另一个侧面上。
8. 根据权利要求3所述的自愈光学电流互感器，其特征在于模拟信号处理电路(2-4) 由基准电压模i央(2-4-1)、第一差分放大电路(2-4-2)、抗混叠低通滤波电路(2-4-3)、隔直 电路(2-4-4)和第二放大电路(2-4-5)组成，第一差分放大电路(2-4-2)的第一数据信号输入 端即模拟信号处理电路(2-4)的数据信号输入端，第一差分放大电路(2-4-2)的第二信号输 入端与基准电压模块(2-4-1)的信号输出端相连，第一差分放大电路(2-4-2)的数据信号输 出端同时与抗混叠低通滤波电路(2-4-3)的第一数据信号输入端和隔直电路(2-4-4)的数据 信号输入端相连，隔直电路(2-4-4)的数据信号输出端与第二放大电路(2-4-5)的数据信号 输入端相连，第二放大电路(2-4-5)的数据信号输出端与抗混叠低通滤波电路(2-4-3)的第二数据信号输入端相连，抗混叠低通滤波电路(2-4-3)的数据信号输出端即模拟信号处理 电路(2-4)的数据信号输出端。
全文摘要
自愈光学电流互感器，涉及电流互感器，它为解决现有光学电流互感器存在着测量精度不高，温度稳定性差，长期运行可靠性差的问题而提出。光学电流传感器和自愈校正器装设在电力输电母线上，光学电流传感器和自愈校正器的数据信号输出端分别与算法实现单元中数字信号解调模块和工频滤波模块的数据信号输入端相连，数字信号解调模块的信号输出端分别连接工频滤波模块和系数校正模块的信号输入端，故障判断模块的数据信号输入、输出端分别连接工频滤波模块的数据信号输出端和系数校正模块的数据信号输入端。自愈光学电流互感器具有测量准确度高、温度稳定性好，可靠性高的优点。
文档编号G01R15/24GK101692400SQ20091007286
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者于文斌, 孙如京, 张国庆, 王贵忠, 申岩, 路忠峰, 郭志忠 申请人:哈尔滨工业大学;北京许继电力光学技术有限公司