光电复合缆载流量监测系统光电子器件可靠性分析

针对构成光电复合缆载流量监测系统的分布式光纤温度传感器(DTS)和全光纤电流互感器(FOCT)的运行可靠性问题,基于可靠性框图法,对其中的关键光电子器件及信号处理模块建立可靠度、失效率和平均寿命分析模型,仿真分析了使用环境、运行时间和管芯温度对系统可靠性的影响。结果表明,DTS和FOCT系统中关键光电子器件的失效率均随管芯温度的增加而增加,可靠度随管芯温度和使用时间的增加而降低,平均寿命随管芯温度的增加而降低,且使用环境越恶劣,整体可靠性越低,在光源管芯温度为50℃,运行时间为31500 h,使用环境良好的条件下,DTS和FOCT系统的失效率、平均寿命及可靠度估计值分别为9.84×10^(-5)1/h、10160.96 h、0.2342和1.026×10^(-5)1/h、97434.947 h、0.65316。

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。

光学电流传感器系统方案和工作原理

根据光学电流传感器系统中传感头结构及传感机理对其进行分类,详细介绍了全光纤型、块状玻璃型、混合型光纤电流传感器及光纤光栅型电流传感器的传感原理及研究现状,并对它们的优缺点进行比较分析。最后对光学电流传感器的未来研究前景进行展望。

磁光玻璃光纤的偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用

在磁光玻璃裸光纤偏振特性研究的基础上,研制磁光玻璃光纤,偏振特性及其在全光纤电流传感器中的应用。将采用模管法拉制成的磁光玻璃光纤置于亥姆霍兹线圈产生的磁场中,当线偏振光通过该光纤时,其偏振面旋转一定角度,把该角度转换成光信号的强度,然后再用仪器进行检测。通过对线偏振光偏振面在磁场中的偏振特性的测试与实验,提出用磁光玻璃光纤构成的全光纤电流传感器,可用于电流和磁场测试。

一种全光纤电流传感器温度补偿方法

为了解决传感光纤的弯曲、扭转以及外界工作环境的变化导致全光纤电流传感器测量精度降低的问题，提出了一种基于输出椭圆偏振光长轴斜率的全光纤电流传感器温度补偿方法。论证了椭圆偏振光长轴斜率能够反应输出椭圆偏振光的光椭率的大小，利用TMS320F28335和对应算法求出斜率，实验中使用输出椭圆偏振光长轴斜率对传感器进行修正并进行了实际测量。结果表明，基于该修正方法的测量系统，实现了在单次变温条件20℃～60℃内变化时测量结果偏差满足0．2s。这一结果对全光纤实用化研究是有帮助的。

宽带光纤λ/4波片的温度特性

宽带光纤λ/4波片是一种特殊的变速旋转型双折射光纤。当其旋转速度由小到大逐渐增加时,可将输入的线偏振光转换为圆偏振光,同时具有理想的偏振变换带宽。结合全光纤电流互感器的光路模型,分析了宽带光纤λ/4波片的特性对互感器标度因数稳定性的影响。通过在邦加球上的轨迹,对宽带光纤波片快转端的本征态及两正交本征态间的耦合系数进行了实验研究,测量了其随温度的变化。实验结果表明,当波片转速变化曲线满足一定条件时,宽带光纤λ/4波片的温度效应对电流互感器标度因数稳定性的影响小于0.2%,远小于窄带光纤λ/4波片的影响。利用宽带光纤λ/4波片可有效提高光纤电流互感器系统的温度稳定性。

基于保偏光纤温度传感器的全光纤电流互感器

基于保偏光纤（PMF）的温度双折射效应,提出一种高精度、低成本、传输距离不受限制的反射式PMF温度传感器（TS）。通过与全光纤电流互感器（FOCT）共享光源、传输光缆及信号采集单元实现系统集成,可实现FOCT的远距离无源温度补偿,降低系统成本。完成了样机研制及测试,结果表明,PMF-TS的测温分辨率为0.1℃,测温精度为±0.2℃,响应速度与18B20数字温度传感器一致,响应速度及分辨率优于PT100铂电阻温度传感器,测温精度优于光纤光栅式、拉曼散射式、荧光式光学温度传感器。经温度补偿后,FOCT在-40～70℃温度范围内的比差波动小于±0.2%。

柔性光纤在线直流电流测试仪

提出了一种基于法拉第磁光效应原理的柔性设计全光纤电流互感器,用于直流大电流的工业现场在线测试,设计了可用于高电压场合的电流测试钳,设计了实验室测试系统用于实验室中的量值传递,并进行了现场试验验证。

利用光环路镜作为反射元件的全光纤电流传感器

为解决反射式全光纤电流传感器中引入全反射镜而产生的反射损耗及与光纤匹配困难等问题,设计了一种利用非线性光环路镜作为反射元件的全光纤电流传感器,推导出了光偏振态的斯托克斯矢量与电流的关系式,提出了高速偏振态检测方法.在加载0～200 A的50 Hz工频交流电的条件下进行了实验,测试结果与理论预测吻合,显示出了较高的测量精确性,证明了该传感结构与实验方案的可行性.

高灵敏度全光纤电流传感器研究进展

全光纤电流传感器作为智能电网中的重要设备之一,具有比传统电磁式互感器更显著的优势,在高压及超高压环境中有广阔的应用前景。首先阐明了影响全光纤电流传感器灵敏度的主要因素,综述了近年来国内外学者提高电流传感灵敏度的解决方案和研究成果;其次着重分析一些改进型结构的全光纤电流传感器消除温度、线性双折射等对传感灵敏度影响的工作原理,并讨论了各自主要的优缺点;最后,结合高灵敏度全光纤电流传感器的研究现状,指出了其未来发展趋势。

基于再入式结构的双折射在线测量技术研究

双折射是影响全光纤电流传感器测量精度以及稳定性的重要因素。采用双折射在线测量的方法,可以精确解算待测电流,并且能够诊断光路故障。首先,基于再入式光学结构,可以实现光纤双折射的高精度在线测量,且能够同时测量圆双折射以及线性双折射;然后,通过建模仿真,确定输出光的对比度与光束循环次数、偏振光分束器对轴角度相关;最后,搭建了实验系统,测得传感光纤单位长度的线性双折射为1.486 5 rad/m,圆双折射为0.886 5 rad/m,并分析了线性双折射与理论值的误差产生原因。

VMD算法在全光纤电流传感器信号去噪中的应用

为了有效抑制全光纤电流传感器的噪声信号,提高传感器的信噪比,将VMD算法用于全光纤电流传感器信号的去噪处理。采用Optisystem光学仿真软件搭建全光纤电流传感器的仿真模型,对仿真得到的信号用VMD分解,根据相关系数选取有用的模态分量进行重构,得到去噪后的信号。结果表明:经过VMD算法去噪后的信号信噪比提高到28.2125 dB,均方根误差减小为3.3323×10^(-4),与小波去噪相比提高了信噪比,减小了均方根误差。

基于sym10小波的全光纤电流传感器信号去噪的研究

为了削弱噪声对全光纤电流传感器输出信号的干扰,采用sym10小波法对全光纤电流传感器系统进行去噪研究。利用Optisystem光学软件与MATLAB小波工具箱相结合构建全光纤电流传感器系统的去噪仿真模型,并与传统全光纤电流传感器系统去噪模型相比较。仿真结果表明,sym10小波法克服了传统滤波方法的不足,去噪效果更好。

10kV无源电子式电流互感器的输出特性研究及应用分析

在传统技术中,电力网络中使用有源电子式电流互感器存在很多问题,诸如温漂较大、长期运行稳定性较大、温度变化较大、电磁波谐振等。这些因素将影响电力设备运行的精度和准确性,并且传统技术中采用罗氏线圈等有源互感器,由于线圈体积、重量都比较大,造成电路负荷较大。为此,采用无源电子式电流互感器,通过对其工作原理进行介绍,建立了应用数据模型,对信号处理、算法实现、输出特性进行了分析。并从原理上利用全光纤型传感器,通过分压模型将电路中的高压转换为低压,并对电子线路中输出信号进行积分、滤波、调幅、相位补偿运算,提高了信息输出的纯洁性。实验表明,采用电子式电流互感器能够降低了电力设备应用的误差。

OVMD-ICA算法用于光纤电流传感器降噪

提升数据处理能力是实现光纤电流传感器(FOCS)在微弱电流检测领域中应用的重要支撑。针对独立成分分析(ICA)算法对信源数量的要求和变分模态分解(VMD)对冲击噪声处理能力不足的问题,采用优化参数的变分模态分解与独立成分分析联合算法(OVMD-ICA算法),提升微弱电流检测能力。首先,在分析全光纤电流传感器输出信号的特征和噪声特性的基础上,以能量谱熵为目标函数,采用捕食者算法(HPO算法)获取模态参数K和二次惩罚因子α,完成变分模态分解。然后,通过设置相关系数阈值,对各模态函数分类并构建虚拟通道,以满足ICA对信源数量的要求,并采用FastICA算法实现盲源分离。最后,通过对比实验确定了该方法的有效性,发现采用所提方法能够实现3 mA微弱电流的识别检测。

全光纤电流传感器温度补偿研究进展

对于全光纤电流传感器,如何进行温度补偿一直是国内外研究的难点和重点。进行合理的温度补偿也是将全光纤电流传感器推向实用的必要措施。先用实例和数据说明温度对全光纤电流传感器性能的影响,再在分析全光纤电流传感器结构和原理基础上,分别阐述了各因素受温度影响的机理并给出了最新的研究进展,最后从效果和实用化两方面分析了各种温度补偿方法的优劣,最终可以得出:单一控制某个因素对全光纤电流传感器性能的影响是不理想的,控制多个影响因子并在最终的输出端进行数据处理的方法能达到更理想的温度补偿效果,使全光纤电流传感器的输出更精确、更稳定。

旋转高双折射全光纤型电流互感器

为了降低传感光纤的线双折射对全光纤电流互感器测量准确度的影响,将旋转高双折射(SHB)光纤作为互感器的传感光纤。根据琼斯矩阵,建立了互感器数学模型。研究了平面镜和法拉第旋转镜对基于SHB光纤的反射干涉式互感器测量准确度的影响,分析了SHB光纤的旋转比与互感器抗温度扰动能力之间的关系,讨论了使用光纤1/4波片对基于SHB光纤的互感器进行误差补偿的方案。结果表明,在平面镜式互感器中,采用谐波相除法、闭环信号调制法可以消除SHB光纤的长度敏感性。当旋转比大于30时,在-40~60℃温度范围内,标度因数的变化小于0.2%。在相同条件下,法拉第旋转镜式互感器中SHB光纤所需的最小旋转比为3.4,可见法拉第旋转镜提高了互感器的温度稳定性,选择合适的1/4波片可以补偿由SHB光纤线双折射引起的互感器标度因数温度误差。

全光纤电流传感器用复合绝缘子击穿故障分析

全光纤电流传感器与常规电流互感器按串配置可实现故障时快速切除,目前,在500 kV敞开式变电站中应用越来越广泛。而复合绝缘子以其优异的性能应用于全光纤电流传感器之中,起支撑、绝缘和保护作用。某新型全光纤电流传感器在首次投运,其支撑绝缘子即发生闪络故障,导致相应母线跳闸。事故发生后对外观检查、解体及试验分析判断为该起事故主要由于复合绝缘子法兰与绝缘子界面密封不严,导致全光纤电流传感器内部进水受潮,绝缘子内绝缘失效,最终导致复合绝缘子表面发生击穿故障。后抽检同批次产品进行绝缘试验,发现同型号产品均存在绝缘缺陷,后续根据试验发现的问题提出了改进设计方面的建议。