光学电流互感器及其应用评述

光学电流互感器(OCT)以其优良性能而非常适于电力系统尤其是高电压等级的系统以提高设备安全性降低成本。为进一步促进OCT在系统中应用,利于建设数字电力系统,评述了在电力系统继电保护、数字化变电站、动态观测、故障录波、故障定位、谐波测量等方面的应用情况。国内自主研制的基于Faraday磁光效应原理的OCT具有良好的动态响应能力和绝缘性能,能精确地测量非周期分量及各种交流谐波分量,且无饱和现象,并利用自适应光学传感原理和螺线管聚磁光路结构,解决了阻碍OCT实用化的测量温漂和不能长期稳定运行的问题,稳态测量准确度可高于0.2级。安装于河北省保定市某变电站110 kV线路上的OCT已连续运行了25个月,运行结果表明,自适应光学电流互感器(AOCT)具有长期运行稳定性,能满足现代电力系统发展的要求。

光学电流互感器对继电保护系统的影响研究

以光学电流传感器(OCT)为代表的新型电流互感器的出现,解决了继电保护中传统电磁式电流互感器的饱和以及暂态精度不高等问题。文中根据Faraday磁光效应OCT的工作原理和特点,并依据无缝通信系统协议IEC 61850,提出了利用光纤以太网实现OCT与微机保护接口的方案。比较了采用光学电流互感器的继电保护装置与采用传统电磁式电流互感器的继电保护装置,得知采用OCT可显著提高继电保护装置的灵敏性及可靠性。

自适应光学电流互感器

该文在最小二乘原理的基础上引入Iwamoto-Tamura法,提出了一种保留非线性最小二乘算法,通过对传统OCT现场实测数据进行分析,证明采用环境温度直接补偿传统OCT是不可取的。为此,提出了一种新型的AOCT,以稳态电流参考模型和传统OCT为基础,应用自适应Kalman和小波理论,构成了模型参考自适应控制系统,消除了温度等因素对传统OCT的影响,从而综合提高了暂态和稳态测量准确度。由于AOCT具有前馈特性,在保证AOCT准确度的前提下能使OCT传感头的结构大为简化,从而提高AOCT的整体稳定性。目前,AOCT已经在河北省保定市沙窝变电站挂网运行,实践证明AOCT具有优良的性能。

自适应光学电流互感器的基础理论研究

针对阻碍光学电流互感器(OCT)实用化的测量温漂问题和不能长期稳定运行问题,文中在分析了光学电流互感器(OCT)的开环机理后,提出了相应的解决方法——自适应光学传感原理和螺线管聚磁光路结构。以标准检测系统为平台,按照测试标准IEC60044-8对自适应光学电流互感器进行了精度检测,检测结果表明自适应光学电流互感器稳态测量精度达到了0.2级,非周期分量电流的最大峰值瞬时值误差小于±1%。安装于河北省保定市某变电站的110kV线路上的自适应光学电流互感器已经连续运行了25个月,运行结果表明,自适应光学电流互感器具有长期运行稳定性。

电力系统适用光学电流互感器的研究新进展

用于测量电力系统电流的光学电流互感器由于具有许多传统的电磁感应式电流互感器无法比拟的优点 ,具有广阔的应用前景。文中给出了基于法拉第磁光效应、以光纤为介质的光学电流互感器的基本原理和研究现状 ,重点论述为了加快实用化进程需要加以深入研究和解决的问题 ,包括新型的传感材料和传感头结构的研究、克服双折射效应、与光纤通信相结合等。

光学电流互感器长期运行稳定性的试验研究

研究了基于法拉第磁光效应原理的光学电流互感器现场运行的条件和方法,给出了一套以光学电流互感器为核心的数字计量系统。通过长期与传统电流互感器并行运行的现场试验,对光学电流互感器的长期运行稳定性问题进行了试验研究。试验证明,该系统综合误差1.013%,由光学互感器组成的数字电能计量系统运行稳定,电能计量准确,测得数据准确可靠,满足工程计量检定要求。

基于自适应滤波的光学电流互感器的信噪分离

在采用基于抗磁性材料的光学电流互感器(OCT)测量小电流时,由于测得的信号已被OCT内部固有的噪声严重污染,测得的读数不能正确反映被测电流的数值。由于OCT内部的噪声基本上与被测电流信号所在的频段相重叠,因此无法使用传统的滤波器方法将其滤除。作者将一种基于自适应滤波技术的信噪分离方法应用于在河北省保定市供电局某变电站110kV线路上挂网运行的自适应光学电流互感器中。实践表明,自适应信噪分离器可以将有用信号和OCT的固有噪声不失真地完全分离,因此这种方法可以提高OCT测量小电流的准确度。

一种提高光学电流互感器温度稳定性的新方法

光学电流互感器的温度稳定性差是阻碍其实用化的主要原因。提出了一种新的基于比较测量法的温度补偿方法——比较式OCT,它通过引入永久磁铁产生的恒定参考磁场,将被测电流磁场与参考磁场进行比较,得到与温度影响因子无关、而仅与被测电流大小有关的最终输出,实现了对影响OCT温度稳定性的两个主要因素——Verdet常数和线性双折射的同时补偿。针对比较式OCT解调的特殊要求,设计了双输入双输出的传感头结构。对比较式OCT的温度试验证实了比较补偿法的有效性。

提高光学电流互感器准确度的组合方法

根据光学电流互感器 (OCT)的数学模型 ,得出了OCT的系统特性方框图 ,论证了OCT具有开环控制特性 ,本身难以达到测量的高精度 ,为此文中提出了一种新型的自适应OCT。以稳态电流参考模型和OCT为基础 ,应用自适应Kalman理论和小波理论 ,构成了模型参考自适应控制系统 ,消除了温度、应力等因素对OCT的影响 ,因而综合提高了暂态和稳态测量准确度。经实验室验证后的自适应OCT已在河北省保定市某变电站挂网试运行 ,在现场实际环境中进一步对自适应OCT和自适应算法进行了验证 。

虚拟仪器技术在混合式光学电流互感器中的应用

摘要:性能校验是研究新型电流互感器的重点,针对新型电流互感器输出模拟电压小信号和数字信号的特点,依据IEC60044-8标准,建立了基于虚拟仪器开发平台Labview的电流互感器校验系统,并应用该校验系统分析了作者所研制的混合式光学电流互感器的比值误差、相位误差以及温度特性。校验分析结果表明,该电流互感器达到了IEC标准规定的0.2级要求;同时还表明方便、灵活和多功能的虚拟仪器技术加快了新型电流互感器的研发进度。

集磁环式光学电流互感器的结构优化

集磁环式光学电流互感器(OCT)利用磁光材料的法拉第磁光效应进行电流测量。根据安培环路定律,集磁环式OCT将磁场集聚在光学材料附近,通过对光学材料的磁场测量能近似反映整个闭合回路的磁场情况,进而反映电网的电流信息。因此,集磁环结构的设计对传感头的测量效果起关键作用。通过建立集磁环式OCT磁路的数学模型,阐述其工作原理和基本特性,其中包括灵敏度特性、磁特性和抗干扰特性。将这3种基本特性作为优化集磁环式OCT性能的指标,利用Ansoft有限元仿真软件对互感器的结构进行优化,确立了最佳优化尺寸。优化后的集磁环式光学电流互感器精度达到0.2级设计要求。

光学电流互感器的性能分析与试验研究

介绍了一种基于Faraday磁光效应的光学电流互感器.通过稳态参考模型,建立了一种自适应校正的补偿方法,有效地提高了光学电流互感器的测量精度.根据IEC 60044-8标准,对设计的样机进行了详细的性能测试.试验结果表明:研制的样机能准确高保真地反映被测电流,在-40^+60℃,稳态测量精度优于0.2%.根据一年多的现场运行数据,通过光学传感头输出本底光强的波动性对样机的长期运行稳定性进行了分析.研制的光学电流互感器在测量精度和运行稳定性方面达到了实用化的要求.

集磁环式光学电流互感器的自校正测量方法

为解决集磁环式光学电流互感器存在的线性度和准确度差的问题,提出了一种集磁环式光学电流互感器的自校正测量方法。该方法在常规集磁环式光学电流互感器的基础上增加基准电流源、自校正线圈和远端采集单元,并采用自校正算法进行数据处理,使常规的集磁环式光学电流互感器成为一个完整的自校正测量系统。实验结果表明,所设计的集磁环式光学电流互感器测量准确度等级满足IEC 0.2级的测量要求,可以有效提高集磁环式光学电流互感器的线性度和准确度,证明了自校正测量方法的正确性与实用性。同时为集磁环式光学电流互感器的实用化设计提供了新的思路。

基于光学电流互感器的非周期分量线路纵差保护

采用输电线路分布参数模型,用拉氏变换法推导了高压、长距离输电线路故障时两侧的暂态非周期分量,研究结果表明,线路两侧的非周期分量在区内故障时表现为故障电流,区外故障时为穿越性电流,经过计算、比较,可准确判断区内、外故障。基于光学电流互感器能够准确测量非周期分量,提出一种新的线路非周期分量纵差保护原理,并给出动作判据。仿真结果表明,该原理保护不受故障类型、故障位置和故障过渡电阻的影响,基本不受线路对地分布电容影响,解决了传统工频量线路纵差保护因受线路对地分布电容电流影响而性能降低的难题。

光学电流互感器的问题与解决对策

介绍了2种光学电流互感器影响其性能的主要因素及解决对策,指出了光学电流互感器发展中需解决的共性问题,并展望了光学电流互感器的发展前景。

自适应光学电流互感器与保护一体化运行研究

电磁式CT的磁饱和问题一直是影响继电保护正确动作的主要原因之一,只有应用新型的无磁饱和互感器以及相应的保护系统才能从根本上解决这些问题,为此,该文在完善了新型自适应光学电流互感器(AOCT)理论体系基础上,研制了实用化的AOCT,将AOCT与新型线路差动保护构成的一体化系统应用于河北省保定供电公司的一条35kV输电线路上运行。运行结果表明,AOCT具有优良的测量性能,能够为保护提供高保真的测量数据;整套一体化系统当发生多次区外故障时均可靠不动,在一次区内故障时正确动作,满足了现场实际运行的要求。

光学电流互感器的抗干扰分析

采用光学玻璃的光学电流互感器主要有两种结构:闭合光路结构和直通光路结构。直通光路结构的光学电流互感器在加工难度和稳定性方面具有明显的优势,但存在对测量位置敏感和抗外磁场干扰能力差的缺点。提出了一种差分式结构的光学电流互感器,分析了导体位置变化和相间磁干扰对其测量精度的影响,并设计了相间磁干扰和返回导体对测量精度影响的实验。分析和实验结果表明:采用差分式结构的光学电流互感器应用在相间距离大于0.8m的智能变电站中,不需特别设计屏蔽措施,完全可以满足0.2级的测量准确度要求。

基于Allan方差的磁光玻璃型光学电流互感器噪声分析

为了更有效地提高光学电流互感器(OCT)的信噪比,针对OCT的噪声特性,提出一种基于Allan方差的噪声分析方法。应用所提方法结合光电探测器结构以及实验采集得到的噪声性质将噪声分为6类:量化噪声、高斯白噪声、1/f噪声、指数相关噪声、温度相关噪声以及正弦噪声。进一步得到含有6类噪声项的OCT随机噪声模型。针对实测数据,计算辨识了磁光玻璃型OCT随机噪声模型中各主噪声源的噪声系数。实验结果表明所提方法能有效地辨识出磁光玻璃型OCT的各个噪声项系数。通过该方法得到的噪声模型能够提高输出信噪比,为OCT应用实时滤波算法提高测量精度奠定了基础。

自愈光学电流互感器现场运行稳定性试验

从互感器误差校验、电能计量统计和电能计量系统整体校验3个方面对光学电流互感器的现场运行性能进行客观评价。投运前和运行中期的误差校验数据显示,变差小于0.1%,满足0.2S级要求。建立2套独立计量系统,在实际现场运行条件下进行长期数据比对,反映数字电能计量系统在各种环境因素影响下的长期运行稳定性。通过对数字电能计量系统的整体校验,在额定功率条件下不确定度达到9.0×10-5,置信概率达到97.15%,系统综合误差为1.013%,满足规程要求。

提高光学电流互感器运行稳定性的方法

为了解决光学电流互感器(OCT)的长期运行稳定性问题,提出了螺线管聚磁光学传感原理,证明了偏振光围绕无限长通电导体测量电流与偏振光通过通电螺线管的轴向方向测量电流,在光学传感测量电流的意义上是等价的,具有对偶性。基于以上原理设计了螺线管聚磁光路结构。在实验室测试和现场连续25个月的运行表明,采用这种结构的自适应光学电流互感器能够在实际环境中长期稳定运行。