電力系統(tǒng)用光電電流互感器的發(fā)展

1、2002年第12期51電力系統(tǒng)用光電電流互感器的發(fā)展方志1, 段乃欣1, 朱周俠1, 邱毓昌1, 李雙2(11西安交通大學(xué)電氣學(xué)院, 陜西西安710049; 21, 關(guān)鍵詞:光電電流互感器; 全光式光電電流互感器; 摘要:隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展, 而光電互感器為這些問題的解決帶來了答案。:(M OCT ; 另一類則為混合式光電電流互感器(HOCT 。, 并分析了這兩種互感器在研究中遇。:B 文章編號:100129529(2002 1220051203, 推動了新型光電式電流互感器的研究與應(yīng)用。和傳統(tǒng)的電流互感器相比, 光電式電流互感器(O CT 有如下優(yōu)點:不含油、尺寸小、絕緣結(jié)構(gòu)簡單, 不會

2、有安全隱患; 不含鐵心, 不會有磁飽和現(xiàn)象; 測量帶寬和精度高; 使用光纖傳輸信號, 可以有效地防止電磁干擾; 其輸出可以方便地與計算機接口。發(fā)達國家在20世紀60年代就開始O CT 研究, 到90年代初(2 混合式光電電流互感器。其高壓部分無光學(xué)元件, 而采用有源電子線路, 利用光纖的耐高壓特性, 作為信號傳輸通道。使得電流互感器無論從重量上還是從體積上都有很大的改善。由于其高壓側(cè)需要供電電源, 所以也稱為有源型O CT 。2全光式光電電流互感器211工作原理和結(jié)構(gòu)M O CT 的工作原理為普遍采用的法拉第磁期就已初具商品使用價值。美國的五大電力公司各自在1982年左右成立了O CT 專題研

3、究小組, 且研制成功了161kV 獨立式O CT (19861988 ; 161kV 組合式光纖電流互感器(O CT 光學(xué)電壓互感器(OV T 和161kV 的繼電保護式1, 2。ABB 公司在這方面的研究也取O CT (1987得了很大的進展, 1991年6月ABB 電力T &D 有限公司公布了用于計量和繼電保護用的345kV電站的O CT 系統(tǒng), 并在運行4個月后, 與標準電流互感器比較, 誤差僅014%。目前, ABB 公司不僅電壓等級從7215kV 到800kV 的交流數(shù)字光電式O CT , 而且也有直流數(shù)字光電式O CT , 并在多個地區(qū)掛網(wǎng)運行。在我國, 清華大學(xué)和華中理工

4、大學(xué)研制的光電式電流互感器也分別于1991年和1993年掛網(wǎng)運行4。3光效應(yīng):當一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時, 線偏振光的偏振面就會線性隨著平行于光線方向的磁場的大小發(fā)生旋轉(zhuǎn); 通過測量載流導(dǎo)體周圍線偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)角度, 就可間接地測量出導(dǎo)體中的電流值。如圖1所示, 為線偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)角度, H 為光路上的磁場強度, J 、E 為對應(yīng)于各部分光的光強及其電矢量。根據(jù)理論推導(dǎo), 可得:I =-2J dc V tan (1式中I 載流導(dǎo)體中的電流;直流分量, 可由光J ac 、J dc 光強的交流、電轉(zhuǎn)換測定;V 磁光材料的V erbet 常數(shù);1光電式電流互感器的分類光電式電流

5、互感器主要分為以下兩類:(1 全光式光電電流互感器。利用法拉第(Faraday 磁光效應(yīng)的原理, 所以又稱為M O CT 。因為它在高壓側(cè)不需要供電電源, 所以也稱為無源型O CT 。起偏器與檢偏器的夾角。例如, ABB 公司生產(chǎn)的M O CT 的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由3部分組成:光發(fā)射部分、光路部分和光接收部分。其工作原理是:L ED 發(fā)出的光信號經(jīng)過光纖傳送到高電位的光學(xué)傳感器中, 在導(dǎo)體被測電流產(chǎn)生的磁場作用下, 使線性偏振光的偏振平面發(fā)生偏轉(zhuǎn), 線性偏振光經(jīng)過檢偏器轉(zhuǎn)換成含有偏轉(zhuǎn) 52華東電力2002年第12期混合式光電電流互感器是利用空心線圈或帶鐵心的線圈采樣電流信號, 然后通過光纖把采樣到的信

6、號傳送到低壓側(cè)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。由于帶鐵心的線圈的固有缺點, Rogow sk i 信號0。由于, 測量范圍幾乎不Rogow sk i 線圈的結(jié)構(gòu)示意圖, 整, 線圈的總匝數(shù)為N , 線圈的橫截面積為A , 則通過線圈的電流在線圈上感生的電動勢和導(dǎo)體中流過電流的變化率成正比, 即:(2 E =H (d l d t 式中H 線圈的靈敏度=4×10-7N A 。如果線圈的輸出和一個積分器連接, 則積分器的輸出就和所要測量的電流成正比。理論證明:只要線圈繞制均勻, 則無論母線位于環(huán)形線圈內(nèi)任何位置, 互感系數(shù)M 始終是一個常數(shù), 空心環(huán)形線圈的感應(yīng)電動勢反映穿心母線電流大小。另外, Rogo

7、w sk i 線圈是靠電磁感應(yīng)原理來測量電流的, 較強的外磁場將對其二次繞組和測量回路產(chǎn)生干擾, 故需屏蔽羅氏線圈, 以減小測量誤差。圖3為一種采用Ro 2gow sk i 線圈作為傳感頭圖1法拉第磁光效應(yīng)原理圖角度信息的光強度信號, 位的接收部分, , 。212雖然M , 但是要取代傳統(tǒng)的電流互感器它還存在一些需要解決的技術(shù)難點, 主要有以下幾方面:(1 雙折射效應(yīng)的影響雙折射效應(yīng)對M O CT 的影響主要是使入射到磁光材料的線性偏振光變成橢圓偏振光, 從而使檢偏器的輸出光強度變化不與被測電流成正比。這大大影響了M O CT 的靈敏度和測量精度。目前, 關(guān)于雙折射問題的研究很多, 但都是針對

8、某一種類型的M O CT 。對于通用的M O CT , 至今還沒有找到實用的解決方法。為了提高M O CT 的測量精度和靈敏度, 應(yīng)該對產(chǎn)生雙折射效應(yīng)的途徑進行具體的研究, 從而找到相應(yīng)的解決辦法。(2 干擾問題在測量的過程當中, 由于M O CT 采用的是磁光效應(yīng)的原理, 因而它所測的導(dǎo)體就會受到導(dǎo)體周圍的磁場的影響而產(chǎn)生干擾問題, 進而造成一定的測量誤差而影響測量結(jié)果。(3 溫度的影響M O CT 的重要部件是Farady 晶體, 而晶體來取電流信號的混合光電電流互感器的示意圖。其測量原理為:當被測電流i 通過Rogow sk i 線圈時, 在線圈出線端感應(yīng)出電勢e , e 與初級電流i

9、的圖2Rogow sk i 線圈變化率d i d t 成比例。該信號經(jīng)積分器得到一個與i 成比例的電壓信號; 接著在高壓端通過發(fā)射電路把這個電壓信號變成頻率調(diào)制光脈沖信號。再把這個光脈沖信號通過光纖傳到低電位, 在低電位端, 經(jīng)接收電路變換把光信號解調(diào)為電信號, 對信號進行處理, 還原成所測量的電流信號。312HOCT 研究的主要技術(shù)難點目前, HO CT 的研究主要存在以下技術(shù)難點:(1 傳感頭取信號繞組即采樣繞組的制作。的特性隨溫度的變化會有一些變化。這些變化會影響系統(tǒng)的性能, 從而給測量系統(tǒng)帶來一定的誤差。(4 振動問題當測量的光學(xué)系統(tǒng)受到干擾時, 就會產(chǎn)生振動問題。振動問題產(chǎn)生的主要原

10、因有:電路的開關(guān)動作、環(huán)境或人為干擾。3混合式光電電流互感器311工作原理和結(jié)構(gòu)2002年第12期53核電廠接地網(wǎng)的測試與分析王建成( 核電秦山聯(lián)營有限公司, 浙江海鹽關(guān)鍵詞:接地網(wǎng); 熱穩(wěn)定; 防腐蝕摘要:介紹了秦山第二核電廠接地系統(tǒng)的測試, 。中圖分類號:TM 152文獻標識碼:B :10012( 122005320311所示。網(wǎng)格形銅網(wǎng) 埋設(shè)在設(shè)備和建筑的基礎(chǔ)墊層(素混凝土 下面, 深2m 。1113極法測量誤差補償式中D 被測區(qū)域的最大對角線長度;d GC 接地極與電流極之間長度; d CP 電流極與電壓極之間的長度; d GP 接地極與電壓極之間的長度。要求得接地電阻真值、應(yīng)獲得的補

11、償條件是:-d GC對于均勻土壤、半球性電極, 根據(jù)主接地網(wǎng)3極法測量公式, 其接地電阻值為:R g =+d CP-d GP=0(2要滿足式(2 , 一種方法是讓d GC 、d CP 、d GP 都趨于無窮大, 即遠離被測點與接地網(wǎng), 工程上一般采用足夠遠的距離來近似。若按三角形確定G 、計的一個主要關(guān)鍵。(3 HO CT 高壓側(cè)的電子電路需要有電源供應(yīng)才能夠正常運行, 因此, 如何解決高壓側(cè)的電源問題是混合式光電電流互感器的一個難點。目前主要有3種解決電源的方法:a . 由母線電流的電磁感應(yīng)產(chǎn)生;b . 由低壓側(cè)將電能轉(zhuǎn)換成光能, 然后通過光纖將能量傳輸?shù)礁邏簜?cè);c . 在高壓側(cè)用電池解決。

12、參考文獻:-+-2D d GC d CP d GP(1圖3HOCT 結(jié)構(gòu)示意圖1N ing Y N , W ang Z P , Pal m er A W . R ecent p rogress in op tical current sensing technique J . strum 11995; 66(5 :3097231111R ev Sci In 2采樣繞組可以用傳統(tǒng)的電流互感器, 但用傳統(tǒng)互感器仍然存在磁飽和問題。由于傳感頭信號電源輸出容量很小, 所以Rogow sk i 線圈已能滿足要求。因此, 如何設(shè)計低功率輸出、結(jié)構(gòu)簡單、線性度良好的Rogow sk i 線圈就顯得尤為重要。(2 由于Rogow sk i 線圈輸出的為電流信號, 而后邊的電子電路處理的是電壓信號, 所以在這種互感器中通過需要一個積分器把電流信號變換為電壓信號, 因此如何選擇合適的積分器也是設(shè)2. D evelopm ent Kobayash i S , Ho ride A , T akagi I , et aland field test evaluati on of op tical current and vo ltage transduer fo r gas insulated s w eacher J . IEEE trans on