基于小波滤波的快速阶跃响应全光纤电流互感器

近些年随着全光纤电流互感器在直流行业的规模化应用,其精度问题日益引起研究者的关注。在光学系统与电路系统提升精度受限的情况下,通过算法提升精度是比较可行的选择方案。但是传统的滤波算法通常以牺牲时间换取精度为主,导致光纤电流互感器在满足精度的同时无法兼顾阶跃响应。针对上述问题,提出了一种在解调之前针对原始信号做小波滤波的方法。仿真发现,db4小波基对方波信号有较好的滤波效果。实验证明,在FPGA中对闭环方波信号做5层db4小波滤波,可以在提升测量精度的同时大幅压缩滤波时间。

用于发电机保护的柔性全光纤电流互感器

介绍了采用柔性全光纤电流互感器(FFOCT)的发电机保护总体方案和系统结构以及FFOCT结构和工作原理。详细介绍了FFOCT的关键技术难题并给出了对应的解决方案:采用旋转高双折射(Spun Hi-bi)光纤制作可现场缠绕在导体周围的传感光缆,并对采用Spun Hi-bi光纤的FFOCT的电流检测灵敏度和抵御外界干扰的能力进行了理论分析;采用四态方波调制和阶梯波反馈的全数字双闭环解调方案改善FFOCT动态范围、测量精度以及系统的长期稳定性。测试结果表明研制的FFOCT满足测量0.2级、保护5TPE的精度要求。最后简单介绍了用于观音岩水电站发电机保护的FFOCT的现场安装与应用情况。

基于FARADAY旋光镜的光学电流互感器分析与试验研究

为解决全光纤电流互感器因采用相位调制器、性能要求高的电子元器件以及复杂的调制解调算法等导致其成本高的问题,提出了一种基于法拉第旋光镜(faraday rotation mirror,FRM)的光学电流互感器(optical current transformer,OCT)方案;分析了该OCT的电流传感原理以及信号获取方法,试验研究了其电流测量精度和温度性能、谐波准确度以及振动特性,试验结果表明其满足5P20的要求,在-40~+50℃范围内,光纤传感环对该OCT系统误差影响不超过0.75%;OCT光纤传感环在承受10g的加速度冲击过程中,系统无异常信号输出。研制的该OCT主要技术指标满足中高压交流输电系统中保护级电流互感器的精度要求,可用于架空线—电缆混合线缆故障区域判别电流测量、分接开关故障电流监测等。

一种简单实用的CWDM器件的设计与制作

提出了一种简单实用的粗波分复用(CWDM)器件,这种器件级联8个多层介质膜滤波器,以解复用出波长间隔为20nm的8路光信号,两个由8个自聚焦透镜和8根光纤组成的阵列对置于这些多层介质膜滤波器后,以接收8路解复用后的光信号。测试结果表明,该器件各种性能均较好。

基于自聚焦平板波导的新型AWG理论研究

研究一种基于自聚焦平板波导的新型直波导阵列波导光栅(AWG)。介绍了自聚焦平板波导的结构:用几何光学法分析其光学特性,提出了二维半矢量有限差分光束传输法(SV FD-BPM)模拟光束在0.5节距自聚焦平板波导中先发散后会聚的传输过程,并介绍了这种基于自聚焦平板波导的直波导 AWG 的工作原理;最后设计了一个1×8的新型直波导 AWG 并用2D SV FD-BPM 对其进行了模拟,模拟结果显示该1×8的新型AWG 可以实现信道间隔为3.2 nm 的解复用功能。

±800kV特高压直流全光纤电流互感器研制及应用研究

文中介绍了一种作者研制的新型±800 kV特高压直流全光纤电流互感器,并进行了为期1年的试运行。直流全光纤电流互感器采用Faraday磁光效应原理,采用光纤作为传感介质。文中介绍了±800 kV直流全光纤电流互感器的原理、构成、关键技术、测试试验及试运行情况,针对不同的直流保护方案提出了直流全光纤电流互感器的配置建议。测试试验及试运行表明:文中研制的直流全光纤电流互感器测量精度达到0.2级,阶跃响应小于125μs,主要技术指标(包括测量精度、响应时间、温度稳定性、抗振性能及绝缘性能等)能够满足特高压直流换流站的应用需求,直流全光纤电流互感器在特高压直流输电系统具有很好的应用前景。

柔性直流输电用±500kV直流全光纤电流互感器研制及测试

柔性直流输电对直流互感器的延时时间及阶跃响应上升时间均有较高要求,针对即将建设的张北柔性直流输电工程的应用需求,研制了一种柔性直流输电用±500 kV直流全光纤电流互感器。直流全光纤电流互感器采用Faraday磁光效应原理,采用光纤作为传感介质。文中介绍了直流全光纤电流互感器的原理及构成,对全光纤电流互感器的线性双折射抑制技术、玻片温度自补偿技术及抗振技术等关键技术进行了深入分析,并给出了样机的主要性能测试情况。测试表明,文中研制的柔性直流输电用直流全光纤电流互感器测量精度为0.2级,延时时间25μs,阶跃响应上升时间40μs,主要技术指标(包括测量精度、延时时间、阶跃响应上升时间、温度稳定性、抗振性能及绝缘等)能够满足张北柔性直流输电工程的应用需求,直流全光纤电流互感器在柔性直流输电系统具有很好的应用前景。

全光纤电流互感器温度性能优化方法

论述了全光纤电流互感器(FOCT)的光路结构及其工作原理,分析了温度对FOCT性能影响的几个因素和特点:线性双折射会对光纤传感头的温度特性造成比较大的影响,圆双折射具有抵消线性双折射的特点;传感光纤Verdet常数受温度的影响,与温度具有线性关系;1/4波片误差造成的影响与温度也具有线性关系。提出了综合解决FOCT温度影响的方法:通过把传感光纤绕制成螺线管增大圆双折射,减小线性双折射,从而减少温度的影响;通过调整1/4波片参数,在温度变化时,使其引入的误差正好补偿Verdet常数受温度影响造成的误差。试验结果表明,采用该方法的FOCT温度性能良好,已经可以满足数字化变电站实际应用的需求。

基于闭环算法的光学电流互感器的暂态电流误差特性研究

基于对光学电流互感器闭环调制解调算法的数学分析,研究了闭环算法对一次电流的计算误差来源,证实闭环算法的计算误差只与一次电流的变化速率相关,并在此基础上研究了暂态电流工况下,典型光CT的误差特性,探讨了减小暂态电流误差的几类措施并进行试验验证,证实减少传感光纤匝数、缩短光路总长度以及线性度误差实时补偿均可有效修正闭环算法的计算误差,提高互感器的暂态电流精度。

高功率光纤激光器的关键技术及应用

高功率光纤激光器单模输出功率可达到1 kW,通过相干合束技术可以从多个光纤激光器获得几千瓦甚至几百千瓦的输出功率。高功率光纤激光器将使激光工业及国防应用产生革命性的变化。文中系统介绍了高功率光纤激光器的关键技术及其研究进展,阐述了在工业、航空业以及国防等领域的重要应用。

新型直波导阵列波导光栅的设计与仿真

提出了一种基于直波导的新型阵列波导光栅(AWG)。与常规阵列波导光栅器件相比,该方法简化了器件结构与制备工艺,有望提高器件成品率,降低器件制作成本。器件的输入/输出耦合器采用自聚焦平板波导(GISLAB),其输入/输出均为平端面。阵列波导采用直波导取代常规 AWG 的弯曲波导,可采用光敏平板波导材料通过两次紫外写入实现。采用半矢量光束传输法对器件进行模拟,结果表明该器件可以实现多波长的解复用,其解复用的信道间隔为3.2 nm,输出光谱非均匀性约为1.6 dB。

基于正弦波调制的光纤电流互感器传感环误差分析

传感环由λ/4波片、传感光纤和反射镜组成,它是光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)中最重要的传感部分,因此也是FOCT最主要的误差源之一。针对正弦波调制系统中的传感环做误差分析,引入比例因子来衡量误差对系统的影响。指出:λ/4波片的45°熔接误差和相位误差对比例因子的影响是余弦关系。对传感光纤引入的误差分析显示:传感光纤的圆双折射越大、线性双折射越小,对比例因子的影响越小。相关实验也与理论分析基本吻合。

一种无调制器的全光纤光学电流互感器

目前研究及应用的全光纤光学电流互感器均采用铌酸锂相位调制器或PZT相位调制器进行相位调制,光路系统复杂、成本较高,且采集单元受原理限制不能远距离布置,使应用受到限制。本文研制了一种无调制器的全光纤光学电流互感器,采用Faraday旋光镜实现相位偏置,文章介绍了无调制器全光纤光学电流互感器的构成、原理及信号处理方式,给出了线性度、温度特性、谐波特性等主要性能测试结果。采用Faraday旋光镜的无调制器全光纤光学电流互感器光路系统简单、成本低,采集单元可远距离布置,拓展了全光纤光学电流互感器的应用。

新型CWDM器件的设计与制作

提出了一种新型结构的粗波分复用(CWDM)器件,该器件可实现8路波长、间隔为20nm的光信号的解复用。器件级联8个多层介质膜滤波器,两个由8个自聚焦透镜和8根光纤组成的阵列置于多层介质膜滤波器的对面以接收8路解复用后的光信号。

自聚焦平板波导透镜及其应用

介绍了一种新颖的自聚焦平板波导透镜(SPWL),利用几何光学方法分析了它的光学特性,得出其传输矩阵,并进行了特殊的结构设计。介绍了实际制备这种透镜的工艺过程,并给出了光纤输出光束经1/4节距的自聚焦平板波导透镜之后输出的近场和远场光斑图,测试结果表明自聚焦平板波导透镜输出近场光斑在 x-z 平面内束宽为1153.3 μm,与根据传输矩阵计算得出的束宽1153.2 μm相符;最后介绍了自聚焦平板波导透镜的三种应用实例:LD 阵列和光纤的耦合、SOA 与单模光纤的耦合、光功率分束器和直波导阵列波导光栅。

线缆混合输电线路故障区段判别用光学电流互感器

针对海南联网工程500kV线缆混合输电线路存在的故障区段难以判别的问题,介绍了一种利用柔性光学电流互感器实现对线缆混合输电线路故障区段进行准确判别的新方法。阐述了柔性光学电流互感器的原理、构成及线缆混合输电线路故障区段识别方案。实际应用表明,将柔性光学电流互感器用于线缆混合输电线路能够准确判断故障区段,有效提高故障位置检测速度,加快故障后系统恢复供电能力,降低维护检修人员负担。

长距离混合输电线路重合闸判断方法分析

目前,变电站内配置的继电保护设备可以通过故障分析法和行波测距法等方法来判断故障点所处的位置,但容易受到各种工况的影响,很难做到精确的故障定位。因此提出使用光学互感器的方法,为电缆线路区间配置独立的差动保护设备,来快速识别故障是否存在于电缆线路区间,从而实现重合闸的准确判断。

基于阵列式FBG的电缆护层环流监测系统

针对电力管廊内部供电困难的现状,提出了一种基于阵列式分布光纤光栅传感器(FBG)的准分布式电缆护层环流监测系统,主要由环流监测主机、光纤光栅传感器阵列、电流互感器、传输光缆构成。阵列式FBG护层环流监测系统采用光纤光栅传感器件替代传统有源采集器件,充分考虑了隧道内的应用环境和可靠性要求,实现高防护等级、高集成度,适用范围广的无源护层环流监测系统,具有良好的推广应用价值。

光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性影响研究

为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响,分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件,在其环境温度变化范围为-40~+70℃时,测试了起偏器输出光消光比变化,以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况;也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明,直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化,其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。

与光纤阵列耦合的微透镜阵列设计与损耗分析

设计了2种不同冠高的圆形微透镜阵列,将平行光耦合进16路单模光纤阵列和多模光纤阵列。每种微透镜阵列均由16个直径为120μm的平凸微透镜排成一行组成,相邻微透镜间距为127μm。模拟其成像特性知,2种微透镜可以将平行光会聚成在其像平面直径分别为8.0μm和32.5μm的光斑。分析了微透镜与光纤存在横向、纵向和角向误差3种位置失配时的耦合损耗,并得出对耦合损耗影响最大的因素是角向误差,由此得出:在微透镜与光纤耦合对准过程中,要注意减小角向误差。