柔性直流光纤电流互感器阶跃响应特性研究

传统直流光纤电流互感器无法满足柔性直流输电工程的高速响应需求,因此需要研究直流光纤电流互感器的阶跃响应特性及其动态性能改善方法。文中结合直流光纤电流互感器的离散数学模型,对其动态特性进行了全面的仿真、计算和实验研究,结果表明:影响直流光纤电流互感器阶跃响应特性的关键参数是渡越时间、前向通道增益、滤波器阶数和通讯延迟。搭建了直流光纤电流互感器阶跃响应测试平台,经参数优化后的直流光纤电流互感器的阶跃响应上升时间小于50μs,满足相关应用要求。

闭环全光纤电流互感器阶跃响应上升时间研究

应用于柔性直流输电工程的闭环全光纤电流互感器(FOCT)为满足工程应用,需使用长距离保偏光缆实现偏振光信号的远距离传输,对其阶跃响应上升时间的影响尚未论证。此处从工作原理及输出特性两个方面分析了闭环FOCT采用M阶滑动平均滤波器特性、阶跃响应上升时间,并进行了仿真及试验验证,结果表明:影响阶跃响应上升时间的关键因素为光路渡越时间和滑动平均滤波器阶数,滤波器积分时间与闭环FOCT阶跃响应上升时间正相关;增加300m保偏光缆后闭环FOCT阶跃响应上升时间显著增加,通过控制滑动平均滤波器的积分时间可使闭环FOCT阶跃响应上升时间及测量性能与不增加长距离保偏光缆保持一致,解决了闭环FOCT增加保偏光缆引起阶跃响应上升时间增加的问题,满足柔性直流输电工程对其快速响应及特性稳定的需求。

大容量试验系统中光纤电流互感器的研究

在高压大容量检测系统中,电流测量系统作为重要的组成部分,用于对开关、熔断器等电气设备进行高压大电流试验时的瞬态数据测量,以及开断能力、抗短路能力等关键指标的测试。传统高压大容量检测系统中电流测量所使用的电流分流器、电磁式电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器等有着各自的应用局限性,对测量系统的精确度、抗干扰、稳定性等对测量结果有直接影响。分析了当前高压大容量测试系统中不同类型电流采集系统的优缺点,对应用于当前系统中的光纤电流互感器的研究过程进行了简要概括,并通过在系统中实际引入光纤电流互感器产品与传统测量方式进行了比较,验证了产品应用于高压大容量检测系统的可行性。

全光纤电流互感器在三相共箱GIS中的应用

1背景介绍西门子公司从20世纪60年代就开始研究光学电流互感器,80年代制造出样机并于2001年在芬兰电网公司110 kV Ventusneva变电站实现首次应用。2006年西门子在奥地利Weinstrom变电站实现光纤电流互感器在420 kV气体绝缘开关设备(Gas-Insulated Switchgear,GIS)的首次应用。2008年,国网上海市电力公司为筹建世博会国家电网馆向各个开关制造厂征集全光纤电流互感器在三相共箱中的应用技术。

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。

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。

基于GOOSE协议的光纤电流互感器内部状态监测系统

光纤电流互感器中核心组件的运行状态直接影响测量结果的准确性和可靠性,针对其核心组件的状态信息进行监测具有重要意义。在智能变电站通信系统中,面向通用对象的变电站事件(GOOSE)信息流适用于监测数据量不大的设备,具有高实时性和可传递内部信息量的优点,文章基于GOOSE信息流设计和实现了监测光纤电流互感器内部状态的信息化系统。系统利用GOOSE收发机制传送与接收状态量,依据状态量特征解析Windows数据包捕获器获取的信息流,采用虚拟用户环境(Vue)框架的互联网前端开发技术设计交互界面,进行前后端联调,能够实时获取、整合、分析和处理光纤电流互感器内部的状态信息量。此外,该系统还能够将处理后的状态信息进行本地和远程动态展示,以实现信息的相互共享和操作的协同互通。综上,利用GOOSE信息流高效监控光纤电流互感器状态信息,使其运行更加可靠,测量更加准确,为智能电网的发展提供有力支撑。

基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器设计

电流互感器作为一次侧电流的常用计量设备之一,它在电力系统的交流电测量、继电保护、电力设备检修控制等相关领域均具有十分重要的地位。针对传统电流互感器存在的线性度低、抗干扰能力差及精度低等问题,尤其在工频小电流精确测量这一难题方面更是捉襟见肘。鉴于此,本文提出一种基于马赫-曾德干涉仪的光纤电流互感器。该互感器利用电流经过电阻所产生的焦耳热改变光纤中的光信号特征,从而引起马赫-曾德干涉仪的输出信号变化,然后通过光电探测器完成对干涉仪的光信号捕捉,并将其转换为电信号输出,完成工频小电流检测。结构上通过采用PCB型罗氏线圈作为感应取电装置,并利用MATLAB完成其动态响应分析。另外针对信号采集、传输、处理过程中所出现的噪声信号,设计了基于FPGA技术的信号处理系统,以提高信噪比。最后通过实验对工频小电流进行测量,线性度为0.9961,检测精度可达到0.14%。实验结果表明提出的光纤电流互感器相较于传统光学电流互感器相比,具有更高的线性度和测量精度,为基于热效应的电流互感器发展提供了新的思路,也为工频小电流的测量提供了一种新的方法。

电力系统中全光纤电流传感器的研究进展

为了解决传统电磁式互感器测量电流易受电磁干扰和绝缘成本高的问题,全光纤技术凭借其绝缘、高精度、大动态的电流测量优势和数字化输出等优点逐渐被应用于电力系统中。结合国内外光纤传感技术,综述了全光纤电流测量技术应用在电力系统中的进展以及尚存在的问题,展望了全光纤电流传感器(all fiber optical current sensor, AFOCS)的发展趋势。对偏振式、反射式和双调制式结构的AFOCS存在的优、缺点进行评价,分析了每种结构的传感器在电力系统中的应用前景,并对比了温度、线性双折射和数据处理算法等不同因素对全光纤传感器测量电流精度的影响。结果表明:随着传感器结构的改进以及各种算法的应用,AFOCS应用在电力系统中已成为新的趋势,测量电流的精度以及稳定性得到明显提升,未来需要进一步提高室外环境中传感器测量电流的稳定性以及降低故障率。

磁光型光纤电流传感器中的磁畴效应及非线性响应研究

限制磁光晶体型光纤电流传感器实用化的主要因素为磁光响应的非线性问题。其中包括维尔德系数随温度变化导致的磁场与温度交叉串扰问题。为进一步提高传感器精度,对磁光晶体非线性响应的来源进行了理论和实验研究。研究结果表明,在恒温条件下,磁光响应符合磁畴衍射模型,通过理论推导证明了非线性误差与磁光晶体的衍射无关,而与两路光电探测器的电压转换系数失配和起偏器与偏振分束器光轴夹角的装配误差有关。采用二次多项式拟合可以有效减小解调误差,提高传感器的精度。本文对高精度磁光型光纤电流传感器的研究及其实用化具有重要意义。

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。

基于全光纤电流互感器的火电厂发变组保护配置探索

针对目前大型火电机组发电机主回路电流互感器变比选型存在的问题,提出了用全光纤电流互感器替代传统发变组保护用电磁型电流互感器的设想,介绍了传统火电机组发变组保护配置情况以及基于全光纤电流互感器的继电保护结构,对基于全光纤电流互感器的火电厂发变组保护系统各子单元的配置进行了深入探索,并对全光纤电流互感器在火电机组中的应用进行了展望。

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。

基于光纤电流传感器的大电流检测系统的研究

在高压大电流测量应用中,全光纤电流互感器既能够有效克服磁电式电流互感器的磁饱和效应,又能克服镜式结构中块状材料的缺陷,凸显全光纤传感系统的特点,必将成为光学电流互感器技术的新宠。

数字闭环全光纤电流互感器信号处理方法

介绍了全光纤电流互感器(allfiber-optic current sensor,A-FOCS)的工作原理。针对输出信号特点,应用方波调制提高系统响应灵敏度,相关解调提取相位信息。在此基础上,引入阶梯波反馈技术,在2束相干偏振光间叠加一个与法拉第(Faraday)相移大小相等、方向相反的非互易相位差,实现闭环检测。提出三倍频方波调制方法,提高检测速度、增大闭环系统检测带宽。测试结果表明,闭环系统在-40^+60℃范围内标度因数变化小于±0.25%,接近IEC标准0.2s级(±0.2%);系统带宽大于6kHz;分辨能力小于0.5A。试验结果证明了信号处理方法的正确性。

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。

±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。

反射式Sagnac型光纤电流互感器的关键技术

给出了反射式Sagnac型光纤电流互感器(RS-FOCT)检测相位差与传感光纤Verdet常数及线性双折射、1/4波片相位延迟、相位调制器尾纤偏振串音和延迟光纤偏振串音等参数的定量关系,确定了它们的温度相关性是造成户外型RS-FOCT变比误差的主要原因,并采用传感光纤螺旋绕制、变比误差自补偿、降低相位调制器和延迟光纤偏振耦合等方法加以抑制。分析了RS-FOCT偏振非互易误差的产生机理,提出了偏振器尾纤快轴通光消除非互易波列相干性的误差抑制方法。实验结果表明:在-40～60℃范围内,敏感环路温度变化时变比误差不超过±0.2%;相位调制器、延迟光纤温度变化造成的变比变化量分别由1.828%和5.96%减小到0.283%和0.053 1%;偏振器输入尾纤温度变化引起的互感器输出准周期振荡被抑制。

数字闭环光纤电流互感器动态特性仿真与测试

基于Farady磁光感应原理及数字闭环信号处理技术的光纤电流互感器(FOCT),克服了电磁式电流互感器在暂态响应方面的弱点,满足现代电力系统对电流值实时精确测量的需求。针对数字闭环FOCT的动态特性,分析FOCT功能结构及信号传递过程,建立FOCT的数字闭环反馈模型,推导FOCT的传递函数,评估FOCT的幅频特性、相频特性、动态范围及频响特性;将故障瞬态电流的数学模型与FOCT的闭环反馈模型相结合,仿真FOCT对故障电流的暂态响应能力;构建电流实验平台,完成FOCT的动态性能测试。仿真与实验结果表明:FOCT的频带宽度大于7kHz,电流测量范围可达200kA,具有50次谐波的测量能力,并且FOCT的动态测量能力可根据具体应用需求调整。

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。