用于测量雷电流的全光纤电流传感器
NAEG系列全光纤电流互感器介绍V
N A E G系列全光纤电流互感器介绍VDocument serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】NAE-GL系列全光纤电子式电流互感器应用与校验目录1 NAE-GL系列产品的总体方案总体方案对于数字化变电站过程层的传感设备主要包括三个部分内容：电子式电流互感器，电子式电压互感器和合并单元，如图所示。
而对于电子式电流、电压互感器而言也分别包括了传感部分和电气部分。
目前市场上电子式电流互感器产品主要有低功耗线圈实现的电子式电流互感器（LPCT）、用罗氏线圈来实现的有源型电子式电流互感器、磁光玻璃实现的电子式电流互感器以及基于全光纤的电子式电流互感器等几类，都有一些实际运行或挂网的经验；电子式电压互感器的产品主要有电容分压式电子互感器，电感变压式电子互感器两类，工程化过程中也有一些实际运行的经验。
图过程层传感设备功能块框图全光纤电子式互感器应用功能与连接图示出了过程层传感设备应用功能与连接示意图。
可以看出，电流光纤敏感环通过光纤与电流电气单元相连接，电压敏感源通过屏蔽电缆（对电容分压式电子互感器而言）或光缆（对光晶体作为敏感源而言）与电压电气单元相连。
电气单元一方面接受来自合并单元的同步时钟信号对数据进行同步，另一方面将测定的数据传送到合并单元中。
电气单元还留有通讯接口，用于同当地的手持验证终端进行信息交换，用来查验电流、电压的数值等数据。
合并单元接受来自外部的时钟对时信号，也发出多路时钟同步信号用于电气单元内数据同步；合并单元接受来自多路电气单元的数据，处理后输出多路数据信号用于相关的保护和测量等使用。
图过程层传感设备应用功能与连接示意图NAE-G系列产品的型号选择1.3.1 型号选择1.3.2 订货须知订货时，除了上述型号选择的信息外，还应当关注以下的信息。
2 NAE-GL系列全光纤电子式电流互感器概要由国电南瑞科技股份有限公司（以下简称“国电南瑞”）、北京航天时代光电科技有限公司（隶属于中国航天九院，以下简称“航天时代”）联合成立的南瑞航天（北京）电气控制技术有限公司（以下简称“南瑞航天”）作为国电南瑞光学技术的科研开发基地，在光纤陀螺技术的基础上，经过多年的研发和技术积累，成功开发出全光纤电子式互感器，取得了多项科技成果。
用于雷电防护的雷电流波形参数研究
用于雷电防护的雷电流波形参数研究用于雷电防护的雷电流波形参数研究雷电是自然界中常见且危害性较大的一种天气现象，其强烈的电荷分离产生的电场和电流对人类和物体都有一定的威胁。
为了有效地预防和缓解雷电对人类和设备的伤害，雷电防护成为了一个热门的研究领域，其中的一个重要方向就是研究雷电流波形参数。
在本文中，我们将讨论用于雷电防护的雷电流波形参数研究。
雷电流波形参数是指在雷电过程中由于电荷分离引起的电流的各项参数，包括电流幅值、波形特征、时间特征等等。
这些参数在雷电防护研究中具有非常重要的作用，其合理的选取和使用能够有效地提高防护效果。
因此，近年来许多学者对雷电流波形参数进行了深入研究，取得了一系列的研究成果和进展。
首先，电流幅值是衡量雷电能量大小的重要参数。
在雷电过程中，由于电荷分离带来的放电能够产生巨大的电流，因此需要选取适当的电流传感器对其进行测量。
针对不同的雷击情况，对电流幅值进行适当的调节是保证防护效果的重要手段。
其次，雷电流波形特征也是研究雷电防护的重要参数之一。
雷电在产生的瞬间会形成一个几乎瞬间的脉冲电流，而这种电流波形会对被保护物体产生不同的影响。
因此，研究并确定不同雷电脉冲波形对保护物体的影响是关键。
最后，时间特征也是研究雷电流波形参数的重要方面。
由于雷电实际有着一定的持续时间，因此需要考虑雷电的时间特征对被保护物体的影响。
根据实际数据的分析，确定最佳的雷电防护时间范围是保证防护效果的关键环节之一。
综上所述，用于雷电防护的雷电流波形参数研究在现代科技中具有重要意义。
的确，目前已然有许多成熟的研究成果，但是未来的研究还需继续深入。
例如，应用新型的传感器和分析手段，制定更高效的防护策略等等，这些都是未来雷电防护研究的重要前沿和挑战。
为了更加深入地研究用于雷电防护的雷电流波形参数，我们需要从实验和理论两个方面进行探究。
首先，实验研究是深入研究雷电流波形参数必不可少的手段之一。
通过对实际雷电的测量和分析，可以获取精确的电流数据和波形特征，并基于实验数据建立相关的模型。
避雷器在线监测传感器
避雷器在线监测传感器技术领域本发明属于防雷器件技术领域，具体是一种避雷器在线监测传感器。
背景技术现有的避雷器漏电流传感器采用光纤传输数据时，采用电压信号传输的方式，传输的电压信号和漏电流成比例，由于信号幅值不恒定，存在传输距离短、效率低等问题。
同时，现有的电子式避雷器漏电流传感器一般采用外供电源方式，外供电源方式当雷电进入时会有被打坏的可能；采用电池供电时，由于电池有一定寿命，需要定时更换。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种适合光纤传输的，达到一定距离、一定效率、无需外供电源的避雷器漏电流传感器。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种避雷器漏电流传感器，包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。
是所述自取电源电路的核心电路包括串接的精密稳压管Q 1和Q 2；Q 2的阴极通过电阻连接IN+，Q 1的阳极连接IN-，取样电阻串接在Q 1的阳极连接IN-之间；Q 2的阴极端为自取电源电路的输出电源端。
所述精密积分电路包括精密电阻R 3、精密可调电阻R 4、比较器和电容C 5；所述R 3和R 4并联后连接在比较器的反相输入端与IN-之间；比较器的同相输入端连接在Q 1阳极端；C 5连接在比较器的反相输入端与输出端之间。
所述电压比较电路包括运算放大器U 1B ，U 1B 的反相输入端连接在Q 2的阳极端，U 1B 的同相输入端连接比较器的输出端，U 1B 的输出端即为电压比较电路的输出端。
全光纤电子式电流互感器及光学电压互感器产品介绍20130328
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电磁感应原理的电流互感器已经应用了一百多年，但已不能完全满足智能电网建设的需求。 （1）安全性较差 充油、气，有爆炸危险，存在电磁谐振、二次开路等危险；
爆炸现场
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1、应用概述
（2）存在磁饱和、动态测量精度差 电磁互感器中的铁磁材料在电网故障时可能出现磁饱和现象，难以适应特高压继电保护快速、准确的要求。
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率先在国内武高所、西高所通过全光纤电流互感器、光学电压互感器型式试验，电流测量精度0.2S/5TPE，电压测量度0.2/3P，并通过直流测量、63kA(峰值171kA)大电流暂态试验等。
4、成果及应用业绩：成果鉴定
具有优异的频率特性及暂态特性，3dB带宽达10kHz，能够满足IEC60044－8品质测量50次谐波(2.5kHz)测量要求 。
发明专利
已公开
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201110288611.7
基于电光效应的无源光学电压互感器
发明专利
已公开
4、成果及应用业绩：成果鉴定
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我公司光纤电流、电压互感器已应用于我国49个智能化变电站重点项目，总数超过1650相，工程应用量居世界首位，运行时间最长超过4年，并实现产品向发达国家的出口（德国西门子公司）。
一种用于GIS腔体的光纤气密引出方法
发明专利
已授权
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ZL200810226869.2
高可靠光纤耦合器制备方法
发明专利
已授权
8
ZL200810226744.X
一种电光调制器线性度测试装置
发明专利
已授权
9
PCT/CN2011/081579
基于电光效应的光学电压互感器
发明专利
欧洲专利 已公开
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光纤电流传感器
引言近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。
在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。
光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。
1 光纤电流传感器1.1 光纤电流传感器概述光纤电流传感器是一种新型的电流传感器，与电磁式电流互感器相比，基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器（OFCT），具有无铁心、绝缘结构简单可靠，体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象，输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。
这些优点既满足、推动了电力系统的发展，而且应用前景十分广阔。
当线偏振光（见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即ψ＝VBl，比例系数V 称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。
偏转方向取决于介质性质和磁场方向。
上述现象称为法拉第效应。
1845年由M.法拉第发现。
由于光在光纤中，一边反射，一边行进，偏振波相应于曲线的形状会出现旋转。
针对此现象，在光纤的一端设置一块镜面导致光纤中光线的往返，借助光的来回往返，成功补偿和解决了偏振波的旋转问题。
将铅玻璃光纤用于传感器元件，并结合利用镜面的方法，只需把光纤卷绕在载流导体上，用于电流计测的反射型传感器就基本完成。
其次，开发了调制程度的平均处理与信号处理方式，这有利于特性的稳定及噪音的抑制。
此外，对光源、受光元件、信号传输光纤等种类与传感器特性的关系进行了研究，而且，慎重选择了旨在降低成本和实现小型化的传感器制作技术。
目前，光纤传感器技术正朝实用化的方向进展，以适应电力系统的广泛需求。
用于绝缘子串泄漏电流测量的光纤电流传感器
的正 向导通 电流 时 ， Ｅ Ｌ Ｄ发光 产 生信 号 进 行 传送 ，
而与 Ｌ Ｄ 正 向导通 电流极性 相 反 的另外半 周波 泄 Ｅ 漏 电流则是 通过 并联导 通二 极 管 Ｄ人 地 ， 而使 传 从
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电流测 量 中微 电流传感 器 应用 较 多＿ ， 其是 基 于 ４尤 ］
Ｒｏ ｏ ｋ 线 圈基 本原 理研 制 的传感 器测 量泄 漏 电 ｇ ｗｓ ｉ 流， 无论 是 无芯式 的 主要 用 于 测 量 大 电 流 ， 是 有 还
收 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ８ 修 回 日期 ： ０ ２ ０ — ７ ２ １ —４ ２ ； ２ １ — ５ １
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路 的耦 合 布置 。 此 探 头经 过 深 精 密 加 工使 Ｌ Ｄ 将 Ｅ 与光 纤 Ｆ （ｅｒ ｌ ｃ ｎ ｅｔｒ 接 口密封连 耦合 。 Ｃ ｆｒｕｅ ｏ ｎ ｃｏ ） 传
导光纤 使用 多模 光纤 ， 该种 多模 光纤 比单模 光纤 芯
其 中 ：。 Ｉ 为硅 光 电二 极 管 受 光 辐 射 后 产 生 的光 电 流 ；。为光 电二极 管 的反 向饱 和 电流 ； 为硅 光 电 ｆ Ｒ。
Ｆｉ ．１ Ｂａ ｉ ｔｕｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｐｔｃ ｌｆｂ ｒ ｃ ｒ ｅ ｅ ｓ ｇ ｓｃｓ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｏ ｉａ－ ｉｅ ｕ ｒ ｎｔｓ ｎ ｏｒ
采用 的发光二 极管 Ｌ Ｄ的腔面 发射光 线方 向 Ｅ 性 极好 ， 的 出射 光 垂 直 于器 件 的表 面 ， 利 于 光 它 有
电流 传感器 ， 于这种 策 略只测 量 和记 录下每个 周 基
期 的半周 波情 况 ， 以 直 观 的减 少 了 测 量 的数 据 可
用于局部放电检测的光纤电流传感器
传感器 与微 系统 （ｒ ｓｕｅａｄ ｉｏ ｓ ｍＴｃｎ ｏｉ ） Ｔａ ｄｃ ｃ ｓ ｔ ｅｈｏ ｇ ｓ ｎ ｒｎ Ｍ ｒｙｅ ｌ ｅ
９ ９
用 于局 部 放 电检 测 的光 纤 电流 传 感 器
胡 沥丹 ，袁 云 ，尹 雯 ．
（ 中国矿业大学 信息与 电气工程学院 ， 江苏 徐 州 ２ １０ ） ２ ０８ 摘 要 ：根据 Ｆ ｒｄｙ ａａａ 磁光效应原理设计 了一种新型 的光纤 电流传感器 ， 可用 于局部放 电电流 的检测 。基
ｄ ｓ ｎ ｄｆ ａ ｉ ｉ ｈ ｒｅ Ｐ ｄ ｔ ｔ ｎ Ｔ ｅ ｍ ｔｅ ａ ｃ ｏ ｅ ｏ Ｃ ａ ｅ ｕ ａｅ ｎ Ｊ ｎ ｓｍ ｔ ｘ ｅｉ ｅ ｒ ｒ ａ ｄｓ ａｇ （ Ｄ） ｅ ｃ ｏ ． ｈ ａｈ ｍ ｔ ｓｍ ｄ ｌ ｆＯ Ｓ ｗ ｓ ｓｔ ｐ ｂ ｓｄ ｏ ｏ ｅ ａ ｉ ｇ ｏｐ ｔ ｌ ｃ ｅｉ ｉ ｒ
ｍｅｈ ｄ， ｎ ｈ ｏｅ ｉａ ｑ ａｉｎ ｆｒ Ｃ ｒｅ ｔ ｄ ｔｃｉｎ ｉ ｄ ｒ ｅ ．Ｒ ｌｔ ｄ ｅ ｐ ｒ ｎｓ ｗｅｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔ Ｔｈ ｔｏ ａ ｄ ｔ ｅ ｒｔ ｌ ｅ ｕ ｔ ｕ ｎ ｅｅ ｔ ｓ ｅ ｖ ｄ ｅ ａｅ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｃ ｏ ｏ ｏ ｉ ｉ ｒ ａ ｒ ｕ ． ｅ ｅ ｐ ａ ｔ ａ ｉ ｔ ｆＯ ｓｐ ｏ ｅ ｙ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕｔ ． ｒ ｃｉ ｂ ｌ ｙ ｏ ＣＳ ｉ ｒｖ ｎ ｂ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌ ｓ ｌ ｃ ｉ ｈ ｉ ｒ ｓ
＝
图 １给 出了光纤 电流传 感器 的结 构原理 图， 源 （ 光 激 光器） 发出的基本光 强为 ， 光束 经过起 偏器 后成 为线 偏
，
磁光式传感器测量浪涌电流
磁光式传感器测量浪涌电流摘要：利用Bi4Ge3O12（BGO）晶体作为磁光材料，制成了一套无源磁光式传感器，用来测量浪涌电流。
浪涌电流的波形为8/20 标准波形，幅值最高达到200kA。
实验结果表明该传感器对浪涌电流幅值的测量呈现很好的线性关系，灵敏度具体值为0.3727°/kA。
该传感器可用来测量雷电流、等离子实验中的脉冲电流和其他高功率脉冲装置中的电流。
关键词：法拉第效应；偏振；浪涌电流测量在强激光技术、脉冲功率技术、高压技术和冲击大电流技术上常常需要测量脉冲大电流（幅值可以达到几百千安），浪涌保护器性能测试中使用的浪涌电流是一种典型的脉冲电流。
传统的脉冲电流测量有小电阻分流法和电磁互感法。
磁光式电流传感器是利用磁光材料中的法拉第效应发展起来的一种无源传感器，它通过测量偏振光受到电流产生的磁场后偏振面的偏转来确定电流的大小和波形。
磁光法使用光作为测量浪涌电流的唯一介质，所以它具有绝缘性好、抗电磁干扰和抗高压的优点。
磁光法测量浪涌电流时，具体有三种不同的系统设计，分别为单光路系统、双光路系统和四光路系统。
在本文中，我们使用BGO磁光材料，制成了一套紧凑的单光路浪涌电流测量系统。
2 原理及仿真3实验结果和讨论实验中，光源是一个工作波长在660nm的超发光二级管光源。
传感头具体由两个准直镜（L1，L2），一个起偏器（POL），一块BGO晶体（ROD，圆柱体，直径为10mm，长度为30mm）和一个检偏器（ANA）组成。
组成传感头所有原件（L1，L2，POL，ROD，ANA）被封装在一个铝制外壳中。
BGO晶体是一种具有较大维尔德常数（31.36rad/T m在633nm时[16]）的各向同性的磁光材料。
为了提高L2和POF之间的耦合效率，本次实验选用纤芯直径为980 ，数值孔径为0.5的塑料光纤。
传感头被嵌入到一个3D打印制造的ABS外壳中，提供额外的机械保护和电气绝缘。
封装之后的传感头的直径为25mm，长度为150mm。
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All-fiber optical current transformer for measuring lightning current
Huang Ruitao, Duan Yantao*, Shi Lihua, Liu Bo
National Key Laboratory on Electromagnetic Environmental Effects and Electro-optical Engineering, Army Engineering University of PLA, Nanjing, Jiangsu 210007, China
摘要：雷电流测量是研究雷电的一个重要部分。为此，本文研究了一种用于测量雷电流的全光纤电流传感器。首先，
介绍了光纤电流传感器的基本原理及结构组成；其次，在实验室中对该传感器的响应速度、测量精度及测量范围等性
能指标进行了测试。结果表明，该传感器的响应速度为微秒级，可测量范围在 1 kA∼100 kA，动态范围大于 40 dB，
180363-1
光电工程 DOI: 10.12086/oee.2019.180363
传感器测量电流产生的磁场来反演被测电流的间接测 试方法[1-4]。此类电流传感器绝缘困难，体积大，重量 重，同时不可避免受传统电学测电流方法的限制，易 出现磁饱和等缺点。在一些特定情况下，如高塔雷电 流测量方面，文献[5]采用磁场反演雷电流的方式进行 了高塔雷电流的间接测量，但是反演模型的可靠性需 要验证，且需要与直接测得的雷电流进行对比。文献 [6-7]采用大型无磁芯柔性罗氏线圈进行直接雷电流测 量，但其线圈本身自积分条件不足，存在低频失真， 并且在几百米的高塔上安装直径 2 m 线圈的操作复杂 且具有一定危险性。光纤电流传感器的前端测量部分 为光纤，质量轻且安装方便，受外界干扰小，适合于 高塔等特殊环境的雷电流测量。
1引言
的方法多利用电磁感应原理为基础进行测量，常用的
雷电流时域波形为一个快脉冲，传统测量雷电流 传感器有罗氏线圈和同轴分流器，另外还有通过一些
—————————————————— 收稿日期：2018-07-11； 收到修改稿日期：2018-11-03 基金项目：国家重点研发计划 (2017YFF0104300) 作者简介：黄瑞涛(1994-)，男，硕士，主要从事雷电电磁效应及防护的研究。E-mail：190485346@ 通信作者：段艳涛(1980-)，男，博士，讲师，硕士生导师，主要从事电磁防护与电磁仿真的研究。E-mail：dcmchdyt@
Abstract: It is an important part for studying lightning to measure lightning current. Consequently, this paper studied an all-fiber optical current transformer for measuring lightning currents. Firstly, the basic principle and structure of the all-fiber optical current transformer were introduced. Then, the performances including the response speed, measurement accuracy and measurement range were tested in the laboratory. The results show that the response speed of the sensor is in microsecond. The measurable range is over 1 kA∼100 kA. The dynamic range is greater than 40 dB and the measurement error is less than 5%. The measurement waveform of all-fiber optical current transformer coincides with that of standard Pearson current probe. The paper provides a new method for lightning current measurement. Keywords: all-fiber optical current transformer; lightning current; digital closed-loop interference technology Citation: Huang R T, Duan Y T, Shi L H, et al. All-fiber optical current transformer for measuring lightning current[J]. Opto-Electronic Engineering, 2019, 46(5): 180363
Opto-Electronic Engineering
光电工程
Article
2019 年，第 46 卷，第 5 期
DOI: 10.12086/oee.2019.180363
用于测量雷电流的全光纤电流 传感器
Pearson 电流线圈
电流 I 光纤电流传感器
黄瑞涛，段艳涛*，石立华，刘 波
陆军工程大学电磁环境效应与光电工程重点实验室，江苏 南ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 210007
测量误差小于 5%，测量波形与标准的 Pearson 电流探头测试波形相比一致性较好，该研究为雷电流测量提供了一种
新方法。
关键词：全光纤电流传感器；雷电流；数字闭环干涉技术
中图分类号：TM452；TP212
文献标志码：A
引用格式：黄瑞涛，段艳涛，石立华，等. 用于测量雷电流的全光纤电流传感器[J]. 光电工程，2019，46(5): 180363