专利名称：一种组合式无源光学电流/电压互感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种组合式无源光学电流/电压互感器。
背景技术：
近几年来发展了各种型式的光学电压、电流互感器，由于它们具有各种优点，各种分立式的光学电流、电压互感器已在电力系统中应用，显示出了比传统的电磁式互感器更突出的优点。但这些光电互感器不能同时测量电流和电压，而且测量电压的传感头也未能模块化，环境温度的影响也未能很好解决。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种新的组合式无源光学电流/电压互感器。该互感器在一个装置中可同时测量电流、电压，进一步缩小体积和重量，提高了测量精度和性价化，有利于光电互感器的推广应用。
本发明提供的一种组合式无源光学电流/电压互感器，包括对电流、电压信号进行处理的控制装置，其特征在于光学电流传感器置于上盖中，载流导体穿过光学电流传感器的中心孔；上盖通过法兰与硅橡胶复合绝缘子联结，复合绝缘子的内壁中设置有环氧管，电流传感器的光纤引线穿过环氧管接入光纤连接盒；硅橡胶复合绝缘子内充有SF气体，并放置有模块化光学电压传感器；电压传感器的上部通过高压导电管悬挂在法兰上，其下部由固定在底座上的接地导电管支撑，其光纤引线通过接地导电管接入光纤连接盒，光纤连接盒置于底座内，光纤连接盒通过光缆与控制装置相连，分别将电流传感器与电压传感器的信号输送给控制装置。
本实用新型采用近年来的新科技和新的信息技术设计。它将220kV的光学电流互感器和光学电压互感器有机组合在一个绝缘结构中，其二次信号处理电路与计量、继保装置组合在一个控制装置内。光学电流传感器放在主体结构的上部，其主绝缘为硅橡胶复合绝缘子，其内充SF6气体，模块化结构的光学电压传感器用上下金属管固定在复合绝缘子的中、上部，用光纤传输光学信号，用最新的信息处理器件来进行光电转换和信号处理。本实用新型与现有技术相比，体积更小、重量更轻，是一种更适合电力系统应用的光学电子式互感器。
图1为组合式无源光学电流/电压互感器的结构示意图。
图2为图1中模块化结构的光学电压传感头的结构示意图。
图3为图2中传感部件的结构示意图。
图4为图1中光学电流传感器的一种具体实施方式
的结构示意图。
图5为图1中光学电流传感器的另一种具体实施方式
的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，在上盖1内置有光学电流传感器3，载流导体2穿过光学电流传感器3的中心孔。硅橡胶复合绝缘子5的上端通过法兰盘4与上盖1连接，其下端与底座10密封连接。硅橡胶复合绝缘子5内充压力为0.4MPa的SF6气体，其内放置有用锗酸铋(BGO)晶体作敏感元件的模块化光学电压传感器7。光学电压传感器7的上屏蔽电极71通过高压导电管8悬吊在法兰盘4上，其下屏蔽电极78通过固定在底座10上的接地导电管9支撑。接地导电管9内设有光学电压传感器7的光纤引线，该光纤引线接入光纤连接盒11。在复合绝缘子5的内壁中设置有一根环氧管6，电流传感器3的输入输出光纤穿过环氧管6接入光纤连接盒11。光纤连接盒11置于底座10内。光纤连接盒11通过光缆12与控制装置13相连，分别将电流传感器3与电压传感器7的信号输送给控制装置内的处理电路。
模块化光学电压传感器7的结构如图2所示，它包括上屏蔽电极71、上极头套72、上极头73、主绝缘棒74、绝缘套筒75、传感头部件76、下极头77和下屏蔽电极78。上、下屏蔽电极均由铝合金做成抛光的椭园屏蔽电极。上、下屏蔽电极之间用绝缘套筒75和主绝缘棒74隔开，主绝缘棒74位于绝缘套筒75内，用螺钉将绝缘套筒75与上、下屏蔽电极连成一体。上极头73通过上极头套72嵌在上屏蔽电极71内，主绝缘棒74的上端与上极头73相连，使高电压依次通过上屏蔽电极、上极头套72和上极头73加在主绝缘棒上。下极头通过下屏蔽电极78与接地导电管9相连。主绝缘棒74的下端与下极头77相连，下极头77嵌在下屏蔽电极78内。主绝缘棒74由含氧化铝的环氧树脂制成，并在其上部的外表面加工有若干个伞裙，以增加其爬距，其下部加工有园柱形孔，其内粘结传感部件76。绝缘套筒75用四氟乙稀做成，其侧面钻有若干通气孔79，以便SF6气体进入。
如图3所示，传感部件76的结构为在金属底板e的一面粘结有锗酸铋(BGO)晶体a，在晶体a的两端部分别粘结有90°转角棱镜b1、b2。在金属底板e的另一面粘结有二个分别与转角棱镜b1、b2位置相对的起偏振镜c和检偏振镜d，金属底板e上加工有二个通孔g1、g2。检偏振镜d的反射光的一侧粘结有90°转角棱镜b3。三个带光纤的自聚焦透镜f1、f2、f3分别粘结在起偏振镜c的输入端、检偏振镜d和90°转角棱镜b3的输出端。
发光二极管L1发出的光通过自聚焦透镜f1、起偏振镜c、通孔g1进入转角棱镜b1，由其反射后进入晶体a，再转角棱镜b2反射后通过通孔g2进入检偏振镜d。由检偏振镜d分成二路光，其中一路反射光经转角棱镜b3反射后进入自聚焦透镜f3，再经光纤传送至光电二极管P2。另一路透射光进入自聚焦透镜f2至光纤传送至光电二极管P1。
光学电流传感器3可以采用双输出光路传感头结构，也可以采用单输出光路传感头结构，下面举二个实例加以说明。
如图4所示，光学电流传感头3由敏感元34、准直自聚焦透镜31、二个90°转角棱镜32、36、起偏器33、检偏器35、二个耦合自聚焦透镜37、39等组成。
敏感元34用于使入射的线性偏振光束的偏振面在被测电流的作用下发生偏转。敏感元的材料采用块状光学玻璃(例如火石玻璃)，在敏感元的中心有一个中心孔，该孔与敏感元的上、下表面垂直，孔的大小应使得被测导体可以穿过，入射光在敏感元中进行多全反射，光在敏感元中围绕中心孔中的被测导体传播一周后射出。这种结构的敏感元在现有技术中已有报道，其实现方式有多种。准直自聚焦透镜31用于将进入的光束转变成平行光。90°转角棱镜32改变光束的传播路径，使传感头的结构变得更加紧凑。起偏器的作用是将入射进敏感元的光转变成线性偏振光。检偏器用于将从敏感元出射的线性偏振光的偏振面的变化变换成光束光强的变化，并分成反射光和透射光二路输出。耦合自聚焦透镜是将光束聚焦后耦合进入光纤并传输至光电探测器38、40。光电探测器的作用是将光信号转换成电信号，以便进行数据处理。
当发光二级管30发出的光束进入准直自聚焦透镜31变成平行光，经90°转角棱镜32，再进入起偏器33，变成线偏振光，进入敏感元34后，被载流导体2上的电流调制后，输出至检偏器35，经检偏器35后，被调制后的光束分成两路光束，其中一路反射光进入第二耦合自聚焦透镜39，经光纤至数据处理中第二光电探测器40。另一路透射光经90°转角棱镜36进入第一耦合自聚焦透镜37，经光纤传至第一光电探测器38将光信号转换成电信号后进行数据处理。
图5所示的单输出光路传感头结构与图4的区别在于只利用了经过检偏器35的出射光路中的透射光路，透射光经90°转角棱镜36进入第一耦合自聚焦透镜37，再经光纤传至第一光电探测器38将光信号转换成电信号后进行数据处理。
控制装置13采用现有技术实现，它包括工控机14、电流处理电路15、电压处理电路16和继电保护装置17。电流处理电路15接收电流传感器3传送的被测电流信号，处理后分别传送给工控机14和继电保护装置17。电压处理电路16接收电压传感器7传送的被测电压信号，处理后分别传送给工控机14和继电保护装置17，实现测量、控制和保护。
本实用新型的电流测量是采用磁光效应原理，当偏振光进入光学玻璃环(通常采用重火石玻璃做成)，经多次反射形成闭合光路。该光被穿过玻璃环的大载流导体中的电流产生的交变磁场调制以后，其偏振面发生旋转，旋转的角度θ正比于被测电流i，再用检偏器将此角度θ变为光的强度I，此光强I经光纤传至光电二极管，变为电信号，再经控制装置内的电流处理电路15处理，变成与被测电流成正比的电压信号，测出此电压也就测出了高电压系统中的被测电流。
本实用新型的电压测量是采用电光效应的原理。被测高电压直接加在模块化电压传感头的两端，使电光晶体(BGO)直接处于被测电压的电场中，当LED发出的光经起偏器变成偏振光，传至电光晶体(BGO)，此光受到被测电压产生的电场调制，再经检偏器检偏，变成与被测电压有关的光强，沿光纤传至控制装置内的电压处理电路中的光电二极管，变成电信号，再经电路处理变成与被测高电压成正比的低电压信号，测出此电压也就测出了高电压。
本实用新型所述的220kV组合式无源光学电流/电压互感器，无高压侧电路，全部用光纤传输信号，实现了高低压彻底隔离，安全可靠；实现了电流、电压传感头全部组合在一个结构中，体积小、重量轻、准确度高，达到0.2级。
权利要求1.一种组合式无源光学电流/电压互感器，包括对电流、电压信号进行处理的控制装置，其特征在于光学电流传感器(3)置于上盖(1)中，载流导体(2)穿过光学电流传感器(3)的中心孔；上盖(1)通过法兰(4)与硅橡胶复合绝缘子(5)联结，复合绝缘子(5)的内壁中设置有环氧管(6)，电流传感器(3)的光纤引线穿过环氧管(6)接入光纤连接盒(11)；硅橡胶复合绝缘子(5)内充有SF6气体，并放置有模块化光学电压传感器(7)；模块化光学电压传感器(7)的上部通过高压导电管(8)悬挂在法兰(4)上，其下部由固定在底座(10)上的接地导电管(9)支撑，其光纤引线通过接地导电管(9)接入光纤连接盒(11)，光纤连接盒(11)置于底座(10)内，光纤连接盒(11)通过光缆(12)与控制装置(13)相连，分别将电流传感器(3)与模块化光学电压传感器(7)的信号输送给控制装置。
2.根据权利要求1所述的组合式无源光学电流/电压互感器，其特征在于模块化光学电压传感器(7)的结构为上极头(73)通过上极头套(72)嵌在上屏蔽电极(71)内，下极头(77)嵌在下屏蔽电极(78)内，主绝缘棒(74)的上部的外表面加工有若干个伞裙，其下部加工有园柱形孔，孔内粘结有传感部件(76)；绝缘套筒(5)的侧面开有通气孔(79)，绝缘套筒(75)与上、下屏蔽电极(71、78)连成一体；主绝缘棒(74)位于绝缘套筒(5)内，其上端与上极头(73)相连，其下端与下极头(77)相连，高电压依次通过上屏蔽电极(71)、上极头套(72)和上极头(73)加在主绝缘棒(74)上，下极头(77)与通过下屏蔽电极(8)与接地导管(9)相连。
3.根据权利要求2所述的组合式无源光学电流/电压互感器，其特征在于所述传感部件(76)的结构为在金属底板(e)的一面粘结有锗酸铋晶体(a)，在晶体(a)的两端部分别粘结有90°转角棱镜(b1、b2)；在金属底板(e)的另一面粘结有二个分别与转角棱镜(b1、b2)位置相对的起偏振镜(c)和检偏振镜(d)，金属底板(e)上开有通孔(g1、g2)；检偏振镜(d)的反射光的一侧粘结有90°转角棱镜(b3)；三个带光纤的自聚焦透镜(f1、f2、f3)分别粘结在起偏振镜(c)的输入端、检偏振镜(d)和90°转角棱镜(b3)的输出端；入射光依次通过自聚焦透镜(f1)、起偏振镜(c)、通孔(g1)进入转角棱镜(b1)，由其反射后进入晶体(a)，再转角棱镜(b2)反射后通过另一通孔(g2)进入检偏振镜(d)；由检偏振镜(d)分成二路光，其中一路反射光经转角棱镜(b3)反射后进入自聚焦透镜(f3)，再经光纤传送至光电二极管处理；另一路透射光进入自聚焦透镜(f2)至光纤传送至另一光电二极管。
专利摘要本实用新型公开了一种组合式无源光学电流/电压互感器，光学电流传感器置于上盖中，载流导体穿过光学电流传感器的中心孔；上盖通过法兰与硅橡胶复合绝缘子联结，复合绝缘子的内壁中设置有环氧管，电流传感器的光纤引线穿过环氧管接入光纤连接盒；硅橡胶复合绝缘子内充有SF气体，并放置有模块化光学电压传感器；电压传感器的上部通过高压导电管悬挂在法兰上，其下部由固定在底座上的接地导电管支撑，其光纤引线通过接地导电管接入光纤连接盒，光纤连接盒置于底座内，光纤连接盒通过光缆与控制装置相连，分别将电流传感器与电压传感器的信号输送给控制装置。本实用新型具有安全可靠、体积小、重量轻、精度高等优点。
文档编号H01F38/34GK2775814SQ200420057829
公开日2006年4月26日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者徐雁, 董增平, 叶妙元, 毛立新, 肖霞, 陈金玲 申请人:华中科技大学, 江苏省如高高压电器有限公司, 上海思源电气股份有限公司