全光纤电流传感器突变故障诊断技术研究

针对当前发生突变型故障时无法准确区分电力网络故障和电流传感单元故障的问题,提出采用双调制式光路结构,并利用温度信号缓变特性实现全光纤电流传感器故障诊断的方法。在分析双调制式全光纤电流传感器工作机理的基础上,应用正弦波作为调制信号,采用能量系数及调制深度表征故障特征,并进行仿真分析;最后通过搭建实验系统进行实验,实验结果表明,采用本文方案能够准确区分电力网络故障与传感单元故障。

正弦波调制全光纤电流互感器光回路故障预警方法

正弦波调制全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)因具备动态范围大、不与一次主回路连接、绝缘性能好、无铁磁饱和等优点,成为特高压换流站重要的测量设备。但在实际运行过程中,FOCT故障率远高于电磁互感器,而光回路故障是最为常见的故障类型。针对此,首先建立FOCT数学模型,提出二次谐波、光强峰值、平均光强应作为重要监测量;在此基础上分析光回路故障对探测器输出信号的影响,提出基于驱动电流及探测器输出信号变化的光回路故障预警方法,通过阈值设置及平均光强趋势判断等辨识真实的光回路故障。最后开展现场试验验证,证明该预警方法的有效性。

便携式光纤电流互感器误差分析及补偿方法研究

针对电解铝行业现场测试环境复杂的问题,提出了用一种便携式光纤电流互感器结构来代替传统固定光纤电流互感器。分析了温度对波片延迟度的影响,采用了一种变速旋转光纤代替传统的波片来抑制温度的影响;根据传感环柔性安装过程所导致的光路不闭合问题以及导体偏心位置进行研究,设计出一种柔性安装传感环骨架代替传统光纤环,降低不均匀磁场所带来的影响。该光纤电流互感器在-20~70℃温度下输出比差小于0.2%,同时在100~3000 A的直流电流测试中满足0.2级的精度要求。

Rogowski电流互感器的积分器技术

为还原出Rogowski线圈的输出信号中的电流信号 ,介绍了理想的和改进的模拟积分器以及 3种数字积分器的设计方案 ,其误差来源分析表明 :模拟积分器只适用于测量低频大电流或高频小电流 ,数字积分器适合测量低频小电流 ;采用ADE775 9芯片实现硬件积分性能最好 ,能满足准确度 0

一种新型全数字闭环光纤电流互感器方案

介绍了一种新型的基于全数字闭环检测的在线Sagnac型光纤电流互感器方案。该检测方案以数字信号处理器(DSP)为核心,采用方波调制方案,并通过数字阶梯波反馈实现闭环检测。文中对闭环互感器的变比计算进行了分析。实验结果表明系统的百分电流误差在-40℃～60℃温度范围内可以达到0．5%的准确度,且相差小于30′,基本满足了实际应用的要求。

Sagnac型光纤电流互感器变比温度误差分析与补偿

为提高互感器的测量准确度,基于光路系统的琼斯矩阵模型,推导出了互感器归一化变比的数学表达式,并对其中的温度敏感参数进行了分析,结果表明:圆双折射不产生变比误差,足够大的圆双折射可以抑制线性双折射随温度变化造成的变比误差;相位延迟和温度系数满足一定条件的1/4波片,可以减小Verdet常数随温度变化造成的变比误差。通过螺旋缠绕传感光纤引入圆双折射来抑制线性双折射的影响,并对互感器的变比按敏感头的温度进行分段线性差值补偿,减小了变比误差。实验结果表明:在-30～70℃范围内,补偿前后互感器的变比误差由0.84%减小到0.22%,验证了补偿方法的适用性和有效性。

光纤电流互感器λ/4波片温度误差补偿

λ/4光纤波片温度位相差误差是光纤电流互感器最主要误差源之一。本文研究偏振光在非理想波片处偏振态的变换过程,分析波片位相差温度稳定性对互感器测量准确度影响机理,导出波片温度误差模型。在互感器闭环信号检测方案基础上,通过不等占空比方波相位调制,展宽零相位差干涉尖峰值;进而应用第二A/D转换器,提取干涉结果中直流信息,以此设计波片温度误差补偿方案。实验结果表明,通过补偿,在?40～60℃范围内,互感器测量电流比变化量从±0.75%降低到了±0.25%。

基于小波分析和卷积神经网络的互感器二次多点接地故障智能检测

为了准确检测互感器二次多点接地故障,提出基于小波分析和卷积神经网络的互感器二次多点接地故障智能检测方法。采用基于小波阈值滤波的互感器信号去噪方法,去除互感器信号噪声;通过基于小波分析的互感器信号特征提取方法,提取去噪后互感器信号的有效特征向量;使用流行学习方法,实现互感器有效信号特征非线性降维;把降维后信号特征作为基于卷积神经网络的二次多点接地故障智能检测方法的输入样本,使用检测合格的卷积神经网络,作为互感器二次多点接地信号特征分类器,实现互感器二次多点接地故障智能检测。实验结果显示,此方法检测结果与实际互感器运行情况相符,检测结果准确。

全光纤电流互感器的温度误差补偿技术

分析了全光纤电流互感器(FOCT)温度误差的主要来源,理论计算了温度变化下光纤λ/4波片与维尔德(Verdet)常数引入的误差,提出了一种温度误差补偿技术。通过在制作光纤λ/4波片时选择合适的初始相位延迟角,使λ/4波片引入误差与维尔德常数引入误差正好相反,从而达到相互补偿的目的。试验结果表明,通过补偿,FOCT能够满足0.2s级测量用电子式电流互感器的温度循环准确度要求。

消除振动敏感性与温度漂移的光纤电流互感器

振动敏感性和温度漂移是基于法拉第效应的光纤电流互感器的两大缺点,限制了其在恶劣环境下的工程应用。为此设计并验证了一种消除振动敏感性与温度漂移的新型光纤电流互感器。采用双线绕法绕制光纤线圈;在线圈的传感光纤中点处耦合一个半波片;将位于传感线圈输入端口的一个1/4波片的耦合角度旋转90°。使用琼斯矩阵方法分析了新互感器对振动敏感性和温度漂移的消除。使用低频振动实验台和高低温箱的实验结果表明,新型的光纤电流互感器能够在外界振动频率10～400Hz、振动加速度0～20g(g为重力加速度)的环境下稳定测量100～1000A的电流,系统线性度良好,相对偏差不超过±0.2%;在-50°C～50°C温度范围内基本消除了温度漂移。该互感器结构简单、精度高、抗干扰能力强,为光纤电流互感器的设计提供了新思路。

基于应力分析法的光学电流互感器信号适用性研究

以分析光学电流互感器信号在不同应用环境下的适用性为目的,提出基于应力分析法的光学电流互感器信号适用性研究。分析光学电流互感器工作原理,设计并制作互感器试件,设置线圈式电流互感器和磁式电流互感器为对比设备。检测并采集互感器信号,利用应力分析法分析信号的可靠性和使用寿命,并对采集的互感器信号进行适用性分析。光学电流互感器信号在不同应用环境下具有较高的适用性。

闭环全光纤电流互感器相位差的计算与测试

电流互感器相位差直接影响电能计量准确度。根据闭环全光纤电流互感器工作原理,得出光路与电路的硬件时间延迟以及闭环系统相频特性是形成相位差的主要原因。依据闭环互感器硬件延时特点和系统数学传递函数,计算相位差的理论大小。设计相位差检测装置,通过测试互感器系统的正弦响应和阶越响应,实测出相位差大小的同时,验证了理论计算结果的正确性。得出了系统对工频电流响应的相位差大约是1°,相位误差小于8分的结论。

光源功率衰减对闭环光纤电流互感器变比影响研究

通过分析光源功率、中心波长、传感光纤Verdet常量,以及闭环光纤电流互感器变比之间的关系,结合测试数据,证明了中心波长漂移是光源功率衰减引起闭环互感器变比变化的主要原因.提出了一种通过提取光路干涉结果中直流信息,修正闭环互感器数字输出的方法,实现光源功率衰减引起的互感器变比误差补偿.实验结果表明,在出光功率衰减程度相同的情况下,闭环互感器变比变化量从补偿前的1.53%降低到了补偿后的0.45%.

闭环光纤电流互感器误差分析与实验研究

介绍了一种电力输变电网络适用的光纤电流互感器,给出了一种基于DSP+FPGA的数字闭环信号检测方法,分析了互感器光路系统主要误差源及其相应抑制措施。依据电子式电流互感器标准IEC 60044-8,设计了互感器样机的各种准确度实验。实验结果表明:在-40～60℃范围内,样机对直流和交流电流的测量变比误差均小于±0.2%;室温条件下,直流电流测量变比误差小于0.1%,系统相位延迟约129.6′;工频电流15次以内谐波测量准确度优于0.2%,51次以内优于0.5%。研制的光纤电流互感器样机计量精度已经达到实用化要求。

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。

调制器调制系数对光纤电流互感器测量精度的影响

叙述了采用集成光学调制器的光纤电流互感器的工作原理。在此基础上分析了集成光学调制器调制系数随温度变化对光纤电流互感器测量精度的影响,对其产生的测量误差进行了仿真。在四态波调制的基础上,提出了对调制系数引起的调制通道增益变化进行补偿的反馈控制方法,有效降低了调制系数变化引起的测量误差。试验结果与理论分析一致,表明该方法有效。该方法同时还可以有效减小调制器调制系数随时间长期变化对光纤电流互感器测量精度的影响。

基于微电子机械系统的光学电流传感器原理与设计

光学电流传感器解决了传统电流互感器的缺点,但仍然存在生产困难、性能易受环境温度影响等不足,MEMS作为一种新兴技术,可批量生产各种性能良好的微电子器件,该文提出了将MEMS技术用于检测高压交流电的光学电流传感器。高压侧的传感装置由Rogowski线圈、MEMS扭转微镜和双光纤准直器组成。文中介绍了器件的高压侧敏感原理和光学检出原理,给出了器件的结构参数条件、模态分析和温度补偿结果,并利用ANSYS与Matlab软件对器件的性能进行了仿真模拟和分析。理论结果表明：温度补偿后,温度变化±50K时测试误差为0．2%,400A、2000A电流下的灵敏度分别为0．001dB/A与0．09dB/A,说明了基于MEMS技术的光学电流传感器具有一定的研究价值。

光纤电流传感器的延迟光纤偏振串音误差

为了减小保偏延迟光纤偏振串音对光纤电流传感器测量精度的影响,利用琼斯矩阵研究了全光纤电流传感器的偏振耦合误差。简化了保偏延迟光纤的偏振串音模型,并基于简化模型得出了保偏延迟光纤偏振串音与输出的关系。通过理论仿真分别分析了在常温和变温条件下偏振串音对传感器变比的影响。对比实验结果与理论分析结论,验证了简化的偏振串音模型的合理性和仿真结果的正确性。测量了实际保偏延迟光纤偏振串音的温度特性,结果表明:在延迟光纤存在一定偏振串音时,光纤电流传感器的变比误差随电流的增加而增大;电流一定时,延迟光纤串音越高,光纤电流传感器的变比误差越大。最后,给出了满足光纤电流传感器0.2S级误差要求时延迟光纤偏振串音的允许波动范围。

超大电流量值传递用光纤电流传感技术

面向工业、国防及重大科学研究领域超大电流在线计量的迫切需求,提出基于光纤电流传感器量程自扩展特性实现超大电流计量标准的量值传递。基于微分琼斯矩阵方法,建立了光纤敏感环路的数学模型,揭示了线性双折射对传感器量程自扩展特性的影响机理,并证明了采用椭圆双折射光纤的电流传感器具有良好的量程自扩展能力,可通过光纤圈数对Faraday效应的比例放大作用,利用小电流实现传感器在超大电流下的等效校准。研制了干涉式数字闭环柔性光纤电流传感器,可在不断开载流母线的情况下直接形成敏感环路,实现在线计量。样机性能测试结果表明:在直流等效10~210 k A范围内,样机的测量准确度优于±0.1%;在工频额定等效25 k A条件下,样机的比差准确度满足IEC60044-8 0.2 S级要求;样机的带宽大于10 k Hz。

电子式互感器积分方案的比较研究

基于罗科夫斯基线圈原理的电子式电流互感器得到了广泛的认可和应用,但是罗氏线圈输出需经积分处理,方能获得被测信号。针对积分还原过程进行了深入的研究,提出了硬件积分、软件积分两种方案。从原理上给出了各自的传递函数,并对幅频特性、相频特性分别进行了分析;结合具体实现形式,对两种方案的优、缺点分别加以阐述;结合实际的工程应用波形,提出了软件积分方案更适合工程化应用的观点。