本发明涉及一种应用在电力系统的带有减振结构的外卡式光学电流互感器。
背景技术：
光学电流互感器具有许多传统电磁式电流互感器所无法比拟的优点：绝缘性能优良、无暂态磁饱和、动态测量范围大、频率响应宽、抗电磁干扰能力强、体积小重量轻、易与数字设备接口等，特别适用于高电压大电流的测量，在电力系统中具有广阔的应用前景；然而光学电流互感器对机械振动的敏感性是阻碍其在电力系统中推广应用最困难的障碍之一。关于冲击振动对光电传输的影响，国内研究表明：提高平台结构的固有频率，增加结构阻尼，合理布置光学元件的位置，是有效的振动控制措施。柔性支撑隔振平台可减小相对失调量。但平台上激振源引起的失调量反而增大。由于光学元件位置的确定性及平台结构重量限制，使振动控制难以实施。由于存在准确度低、运行稳定性差等许多技术难题，实用化的光学电流互感器目前尚不多见。
光学电流互感器一次部件在运行过程中经受冲击振动，有可能导致继电保护装置的误动作，目前尚无满意的解决方法，只有通过减振措施，尽量减小继电保护误动作的可能。所以，为了减小冲击振动对光学元件精确测量的影响以及冲击力对设备的损坏，应对设备作冲击防护或减振隔离。智能电网的安全稳定与设备的可靠性息息相关，所以光学电流互感器的抗冲击性能必须达到相关技术要求。然而在绝大多数情况下，进行系统的结构设计时往往忽视了抗冲击振动的设计，因此进行隔振系统的抗冲击性能研究非常有意义。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的光学电流互感器的抗冲击振动差的问题，提出了一种带有减振结构的光学电流互感器及减振结构的设计方法。
本发明所述的一种带有减振结构的光学电流互感器，
该外卡式光学电流互感器设置在母线罐体的四周；
该光学互感器包括上测量环、下测量环、减振器和紧固件；
所述上测量环和下测量环通过紧固件对接在一起；
所述减振器设置在外卡式光学电流互感器与母线罐体之间。
本发明所述的光学电流互感器减振结构的设计方法包括以下步骤：
步骤一、根据外卡式光学电流互感器安装的位置和安装尺寸选择减振器的类型和减震器的材料；
步骤二、设定减震器的初步结构和尺寸；
步骤三、利用有限元分析工具ansys软件对步骤二中设定的减震器进行振动模态分析，计算减震器的固有频率和振动形态；
步骤四、减震器的减振效果如果满足设计要求，则进行减振器实物试制和实物振动试验；否则回到步骤二对减震器的结构和尺寸进行优化，直到减振器的减振效果满足设计要求要求为止；
根据以上设计方法的具体步骤能够制造出一种带有减振结构的光学电流互感器。
本发明的有益效果是本发明所述的光学电流互感器的抗冲击振动传递率小于10％，有效地提高了光学电流互感器的抗振动干扰能力。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种带有减振结构的光学电流互感器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种带有减振结构的光学电流互感器，该外卡式光学电流互感器设置在母线罐体1的四周；
该光学互感器包括上测量环2-1、下测量环2-2、减振器3和紧固件4；
所述上测量环2-1和下测量环2-2通过紧固件4对接在一起；
所述减振器3设置在外卡式光学电流互感器2与母线罐体1之间。
在本实施方式中，紧固件4为螺栓或螺母；采用本实施方式的减振器3，外卡式光学电流互感器的振动传递率小于10％，有效地提高了光学电流互感器的抗振动干扰能力。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种带有减振结构的光学电流互感器进一步限定，在本实施方式中，所述减振器3的数量为四个；
所述上测量环2-1和下测量环2-2的内环侧面分别设置有两个矩形凹槽；
四个减振器3分别设置在四个矩形凹槽内。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种带有减振结构的光学电流互感器进一步限定，在本实施方式中，所述上测量环2-1和下测量环2-2的对接面为测量环中心面；
与测量环中心面成45°角的两个平面均为减振面；
四个矩形凹槽分别位于两个减振面与上测量环2-1的交点处以及两个减振面与下测量环2-2的交点处。
在本实施方式中，通过以上形式排布减震器3，能够达到最好的减振效果。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种带有减振结构的光学电流互感器进一步限定，在本实施方式中，所述减振器3为多点式橡胶减振器；
减振器3包括基板和两组凸台；
基板为长方体；
每组凸台的凸台数量为四个，并且四个凸台的直径以及高度各不相同；
一组凸台的一个端面同时设置在基板的上端面上，另一组凸台的一个端面同时设置在基板的下端面上。
在本实施方式中，多点式橡胶减振器具有通用性强、适用性广的特点；并且这种减震器3能够承受任意方向的荷载，吸收任意方向的振动；多点式橡胶减振器靠四个交叉圆凸台来承受负荷，使承压面积随着荷载的增加而加大，当凸台受压时，基板中层部分因受荷载而变成弯曲波形；振动能量通过凸台和弯曲波形来传递，多点式橡胶减振器与平板橡胶垫相比通过的距离大，能较好地分散并吸收任意方向的振动，更好地发挥了橡胶的弹性，在水平力的作用下，圆凸台起到制动的作用，可防机械滑动；多点式橡胶减振器采用耐油、耐老化的阻尼硅橡胶，使用寿命长，耐热、耐油，使用方便。
具体实施方式五：本实施方式所述的光学电流互感器减振结构的设计方法，该设计方法包括以下步骤：
步骤一、根据外卡式光学电流互感器安装的位置和安装尺寸选择减振器3的类型和减震器3的材料；
步骤二、设定减震器3的初步结构和尺寸；
步骤三、利用有限元分析工具ansys软件对步骤二中设定的减震器3进行振动模态分析，计算减震器3的固有频率和振动形态；
步骤四、减震器3的减振效果如果满足设计要求，则进行减振器3实物试制和实物振动试验；否则回到步骤二对减震器3的结构和尺寸进行优化，直到减振器3的减振效果满足设计要求要求为止。
以下为一个具体实施例，
本实施方式中所述的光学电流互感器减振结构，是针对应用在电力系统gis、hgis或罐式断路器的外卡式光学电流互感器，外卡式光学电流互感器在运行中受到的最严重的振动影响属于冲击振动，橡胶减震器能有效地迅速吸收瞬态冲击，因此本实施方式的步骤一中选择橡胶减震器；同时考虑到减振器3对减振橡胶刚度和阻尼的要求，决定选用阻尼硅橡胶solid185超弹性单元，材料设置为：密度p＝1.2×103kg/m3；泊松比：μ＝0.48；弹性模量：e＝7.8×1010pa。
步骤二中设定减震器3的初步结构和尺寸，考虑到减震器3整体的布局，橡胶减震器的橡胶垫轴向长度l不小于100mm，一般取100mm到120mm之间较好，厚度h为10mm。
在实际应用中，橡胶减震器的橡胶垫沿着圆柱状母线罐体1的表面铺设，会产生一定的形变，呈圆弧状立方体而非标准矩形，所以橡胶垫的宽度不宜过大；同时，考虑到圆柱状母线罐体1的尺寸，设计橡胶垫对应圆心角为10°；此时，橡胶垫实际铺设过程中造成的形态改变可以忽略；经换算，橡胶垫宽度w为70mm；
因此，得出橡胶减震器的橡胶垫尺寸为：长度l为100mm，宽度w为70mm，厚度h为10mm。
步骤三中振动模态分析的目的是确定系统的固有频率和振型，是系统避免共振，也可以预测在不同载荷作用下的振动形态；本实施方式的抗冲击振动系统中，母线罐体1和外卡式光学电流互感器都是非铁磁性材料的铝合金，可以直接在ansys软件的材料库中添加；橡胶减振器的橡胶垫的材料选择的是阻尼硅橡胶solid185超弹性单元，可以自己设置，然后添加到材料库中；一般在振动模态分析中，前四阶固有频率和该频率下的振型足以反映出系统的主要振动特性，因此一般只要进行前四阶模态分析，就可以得到设计的减振系统的四阶固有频率以及每阶固有频率下的振型和最大形变量。
本实施方式的四个橡胶减震器的前四阶固有频率分别为：590.81hz、591.54hz、620.2hz和707.06hz，在固有频率下的最大结构形变分别为：6.01mm、5.99mm、9.83mm和7.57mm。
根据ansys软件动态模拟振动的效果，衡量减振效果最直接的方法就是测试添加减振措施后目标设备的振幅特性，振幅越小，减振效果越好；在使用ansys软件对本实施方式中的外卡式光学电流互感器进行抗冲击振动仿真时，需要对冲击载荷进行模拟设置，模拟冲击载荷为冲击加速度，持续时间为10ms，最大值为40g，可直接取400m/s2。载荷设置中，可以设置是为三步的矩形波，第1步作用时间为0至10ms，冲击加速度值为400m/s2；第2步为10ms瞬间，冲击加速度由最大值变为0,；第3步取10ms之后，冲击加速度为0。冲击加速度加载在单一方向上，本实施例中，设置为重力竖直方向上。
本实施例中，增加本发明设计的橡胶减震器后，减振系统在400m/s2的冲击振动下，其最大振幅为1.7×10-2mm，振动持续时间为2.5×10-2s。