Alstom全光纤电流互感器介绍
全光纤电流互感器
全光纤电流互感器将光纤作为传感器，是一个伟大的构想，光纤传感器以其高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、无源等优点被人们广泛测试并应用。
目前为止光纤传感器可以用于测量温度、压力、振动、转动、弯曲、应变、速度、电流、电压等多种物理量。
同时在一些特殊领域起到了不可忽视的推动作用。
测量电网中传输的电流是电网输电环节的重中之重。
在电网中测量电流大小的器件被人们称作电流互感器。
自电力系统成立以来，电流互感器几乎全部是根据电磁效应原理而设计并被使用的。
由于长时间的使用与运行电流互感器已经趋于稳定并且技术成熟。
但是随着社会对电力需求的不断增长，电压等级的逐渐加大，传统电流互感器逐渐暴露出了它的局限性，体积重量大、安装复杂、铁芯易于磁饱和、易爆容易产生危险等。
在这样的情况下，全光纤电流互感器应运而生，并凭借着体积小、重量轻、电绝缘、抗电磁、动态范围大、频域响应范围宽、灵敏度高且便于安装等诸多优点，在与传统电流互感器的竞争者取得明显优势。
目前，中国大力推行特高压技术，使“煤从空中走，电送全中国”成为了现实。
为构建全球能源互联网，落实国家一带一路发展战略提供了强大的基础支撑。
中国发展特高压是基本国情与需求所决定，我国能源资源与生产力逆向分布，70%以上的电力消费集中在东中部地区。
我国经济正处于增长的关键期。
电力需求将持续保持较快的增长。
截至2014年年底国家已经累计建成三交四直工程。
2014年5月为了落实国家政策，解决京津翼、长三角、珠三角等地区的用能问题，国家主管部门明确提出推动四交四直特高压工作。
由此可见，大力发展全光纤电流互感器势在必行。
目前，国内有很多家公司和研究机构致力于全光纤电流互感器的研发和生产工作，实现方案以Y波导方案和直波导方案两种为主，我们以其中的直波导方案为例，简单介绍一下全光纤电流互感器的工作原理。
如图所示，1310nm的宽谱光源经过保偏耦合器后，进入起偏器变成了一束线偏振光，与相位调制器的尾纤进行45°熔接，这样线偏振光就沿着调制器尾纤的快/慢轴，分别注入调制器的X/Y轴，经过调制器后，在保偏光纤的快/慢轴中传输，经过四分之一波片后，快慢轴中的线偏光分别转变为左/右圆偏振光，注入传感光纤环。
全光纤电流互感器小结
全光纤电流互感器学习小结一、全光纤电流互感器的基本结构:1、全光纤电流互感器结构根据功能可以分为：光纤传感器，光学传输单元，合并单元三部分组成。
光纤传感器部分由1／4波片，感应光纤和反射镜组成，通过熔接形成一个无源传感器件，这部分在高压一次设备侧。
在复合绝缘子中布置了保偏光纤，在互感器的底座装有偏振器和调制器两个光学元件，调制信号由合并单元提供，无需外部供电。
光纤传感器和合并单元之间采用标准的单模通信光纤。
图1、全光纤电流互感器结构示意图2、以ALSTON全光纤CT为例对其结构进行介绍，其电流互感器就地端子箱如下图，其中主要包括偏振器，调制器，温度传感器，其端子箱主要作用有接收合并单元提供的调制信号，光纤温度测量给合并单元用于计算温度补偿，以及实现单模通信光纤与保偏光纤的熔接。
图2、互感器本体及端子箱3、NXCT合并单元前面板上有三个指示灯和一个数字通讯RS232接口:指示灯工作状态如下：Power:电源正常时绿色常亮；Maintenance Required:正常运行时熄灭，轻微故障时橙色常亮；Data Invalid：正常运行时熄灭，传输数据无效时红色常亮（相当于严重故障）。
图3、NXCT光电单元前面板4、NXCT合并单元背板结构如图4所示其中各个接口的作用如下：（1）:连接一次侧，给测量回路提供光源，同时接收电流信息的接口；（2）：将合并单元测量的电流量经TDM总线给需要的控制保护设备；共6路TDM，每路包含该合并单元测量的全部电流；（3）：两个合并单元之间的连接光纤，可以同步测量的电流量，使输出的TDM 总线中含两个机柜测量的电流。
（4）：给合并单元提供两路供电电源接线端子；（5）：合并单元连接至调制器的端子排；（6）：IDL温度测量，用于温度补偿的，只有IDL采用的是光纤传输，其它电流量用的是电缆传输；（7）：合并单元电流模拟量输出端子或装置报警输出。
图4、NXCT光电单元背板5、NXCT合并单元特性如下图所示:图5、NXCT合并单元特性同里站的数字输出端口含有6路独立的数字接口。
全光纤电流互感器光源控制
全光纤电流互感器光源控制什么是全光纤电流互感器全光纤电流互感器是一种新型的电流互感器，它不同于传统的电流互感器，采用了光电转换技术，把电流信号转换为光信号，在信号的传输中不会受到外界干扰。
因而在高压、大电流、强磁干扰、脉冲干扰和电磁辐射等极限环境下依然能工作。
而且，相比传统的互感器，光纤电流互感器更加精确，量程更宽，响应更快，抗干扰能力更强，安装更加灵活等优点。
为什么要控制光源光纤传输信号的速度是极快的，但同时，它也会受到一些外界因素的影响，比如温度、湿度和中心波长等。
其中中心波长对于全光纤电流互感器的工作精度是非常重要的，而光源的波长则是控制信号中心波长的主要因素之一。
因此，为了保证全光纤电流互感器的工作稳定性和精度，对光源进行控制是非常必要的。
光源控制方式一般情况下，光源的控制方式有两种，一种是温度控制，一种是电流控制。
温度控制温度控制是通过控制光源的温度来控制它的中心波长的。
如果光源的温度升高，那么它发出的光波长就会变长，反之则会变短。
因此，通过控制光源的温度就可以控制信号的中心波长，从而保证光纤电流互感器的工作精度。
电流控制电流控制则是通过控制光源的驱动电流来控制它的中心波长。
电流大小对于光源的波长具有直接的影响，因此通过控制光源的驱动电流可以精确地控制信号的中心波长，实现对光源的精准控制。
光源控制电路光源控制电路是实现光源控制的重要部分，一般由光源驱动器、温度控制器、电流控制器和控制信号输入端等组成。
光源驱动器光源驱动器作为控制光源的核心部分，负责准确输出所需的电流信号和光源驱动电压信号，以控制光源的工作状态。
温度控制器温度控制器主要是控制光源的温度，通过反馈控制的方式，保证光路的稳定性和工作精度。
温度控制器一般采用PID算法，可以精确地控制光源的温度。
电流控制器电流控制器则是控制光源的驱动电流，从而实现对信号中心波长的控制。
一般采用开环控制或闭环控制的方式，通过电流反馈控制实现对光源的精准控制。
全光纤电流互感器简介
国内外研究开发现状
国外发展现状
• ABB、西门子（20世纪90年代）
• 研制成功开环方案的磁光玻璃式OCT
• ABB、Nxtphase（2004）
• 研制成功新型光纤电流互感器，准确度达到0.2级
国内发展现状
• 高校学术探索（20世纪90年代以来） • 南瑞航天研制的光纤电子式电流互感器，有少量工程应用
常温零漂零偏均在1A以下，满足大电流测试（1KA以上） 误差0.1%，小电流（1KA以下）误差1%要求。
实验室测试结果
（2）线性度
实验室测试结果
（3）标度因数非线性度 以相同条件，不同方法下测试所得的标度因数的标准差表
征，根据目前的结果来看，标度因素的非线性度为0.0353A。 （4）测试范围与带宽
全光纤电流互感器原理
• 法拉第磁光效应
全光纤电流互感器结构
光源 信号处理
1/4波片 载流体
光纤传感环
实验室第二代样机未封装实物图
光纤传感环 实验室模拟高电流 载流体
全光纤电流互感器
公司产品创新点
与传统电流互感器比较：
公司产品创新点
应用创新： 全光纤型的电流互感器，通过测试法拉第相移（即VNI）检检测电流，
全光纤电流互感器
电流互感器
•
电流传感器是指能感受被测电流并转换成可用输出信号的传感器，能将
大电流变成小电流，用于量测或保护系统。其功能主要是将大电流按比例
变换成标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设
备及自动控制设备的标准化、小型化。同时电流互感器还可用来隔开高电
压系统，以保证人身和设备的安全。在国内外的用途非常广泛。
纯光纤式电流互感器
纯光纤式电流互感器全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：纯光纤式电流互感器是一种新型的电力测量装置，它利用光纤传感技术来实现电流传感的功能，具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等优点。
随着电力行业的发展和智能电网的建设，纯光纤式电流互感器在电力系统中的应用日益广泛，对提高电力系统的安全性、可靠性和智能化水平起着重要作用。
纯光纤式电流互感器由电流传感单元、光纤传感单元和信号处理单元等部分组成。
电流传感单元通过感应电流产生变化，光纤传感单元将此变化通过光纤传输到信号处理单元，最终实现对电流信号的测量。
采用光纤传感技术的电流互感器在减小尺寸、扩大量程、提高频率响应等方面具有独特优势，逐渐替代传统电流互感器成为电力系统中的主流产品。
在实际应用中，纯光纤式电流互感器具有多种优点。
纯光纤传感技术不受电磁干扰影响，具有良好的抗干扰能力，能够有效提高系统的测量精度和稳定性。
纯光纤式电流互感器适用于高压环境，具有高耐压性能和防雷击能力，能够保证设备在恶劣环境下的稳定运行。
纯光纤式电流互感器体积小、重量轻，安装维护方便，能够减少占地面积和降低维护成本。
纯光纤式电流互感器还具有较长的使用寿命和环境友好的特点。
光纤传感技术具有较高的稳定性和耐久性，可在恶劣环境下长时间稳定运行。
而且，纯光纤式电流互感器无需使用有害物质，对环境没有污染，符合环保要求，有利于可持续发展。
纯光纤式电流互感器作为电力系统的重要组成部分，具有良好的性能和广阔的应用前景。
随着电力行业的发展和技术的进步，纯光纤式电流互感器将逐渐取代传统电流互感器成为电力系统中的主流产品，为电力系统的安全稳定运行和智能化发展提供有力支持。
希望工程师们能继续研究开发纯光纤式电流互感器，为电力系统的发展贡献更多的力量。
【本篇文章已达到2000字数要求，希望能够满足您的需要，如有其他要求，请随时告知。
感谢阅读！】第二篇示例：纯光纤式电流互感器是一种集成了光电技术和电力传感技术的高科技产品，它通过光纤传感技术实现对电流的非接触式检测和测量。
全光纤电流互感器介绍
运行能耗 安全性能
电磁感应 电磁线圈
否 否 差 小
窄 差 好 大 差
有源电子式
电磁感应 空心线圈
否 是 差 小
窄 差 差 大 好
电子式互感器
无源电子式
磁光玻璃式
全光纤式
法拉第效应
法拉第效应
光学玻璃
光纤
可测但精度低 可测且精度高
是
是
差
好
小
大
高
高
差
好
好
好
小
小
好
好
全光纤电流互感器的优势
度漂移
→ PCS‐9250系列全光纤互感器在结构设计和 工艺选择上着手，采用特殊的光纤缠绕方式 ，有效地抑制了温度漂移
PCS-9250全光纤互感器技术难点
¾光学互感器系统长期运行后，光源的输出功 率可能随时间而产生衰减现象，会影响系统
的精度和F稳OC定T性技术难题及我们的解决办法
→ PCS‐9250系列全光纤互感器采用了特殊 的电路处理方案，同时开发了独有的算法系 统，消除了光源功率不稳造成的影响，保证 了系统运行的精度和稳定性
¾传感光纤 环直接套 在变压器 套管底部 挂式全光纤电流互感器
¾因地制宜，可以 灵活安装在线路 上各个位置
¾便于站内改造
全光纤电流互感器被测电流类型
¾AC用
¾DC用
直流用全光纤电流互感器优势
¾传感光纤环可无差别的测量直流和交流电流 ，可沿用交流互感器技术和结构
¾其安装方法和电子式互感器类似，不同之处 是GIS集成式全光纤电流互感器无需安装远 端模块。
GIS互感器安装结构（单相）
¾每一个传感光 纤环能同时提 供保护和测量 电流
《全光纤电流互感器技术规范》
《全光纤电流互感器技术规范》编制说明T/CES(/Z) XXXX-XXXX目次1 编制背景 (3)2 编制主要原则 (3)3 与其他标准文件的关系 (3)4 主要工作过程 (3)5 标准结构和内容 (3)6 条文说明 (4)1编制背景全光纤电流互感器是基于法拉第效应，通过传感光纤测量电流。
它特别适合高压、特高压电力传输系统的应用，具有技术先进、无磁场饱和、精度高、高压隔离特性优异、无灾难性危险（爆炸）、体积小重量轻等特点。
随着全光纤电流互感器技术的日益成熟，技术法规及相关标准的建立，全光纤电流互感器必将逐步取代传统的电磁式电流互感器而成为电网监测的最主要手段。
IEC和国家标准中没有全光纤电流互感器技术方面的有关内容，迫切需要编制全光纤电流传感器技术规范。
为促进全光纤电流互感器在高压、特高压电力传输系统的应用，明确全光纤电流互感器的设计和配置要求，规范全光纤电流互感器的试验类型、试验项目和试验方法，满足生产厂商、设计单位和使用单位的迫切需要，特制定本标准《全光纤电流互感器技术规范》。
制定本标准有利于推动全光纤电流互感器技术的规范化发展，推动该新技术在电力行业的应用。
2编制主要原则本标准的编写格式按GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求编写。
3与其他标准文件的关系本标准以国家标准《互感器第8部分：电子式电流互感器》(GB/T 20840.8)和《高压直流输电系统直流电流测量装置第1部分：电子式直流电流测量装置》（GB/T 26216.1）为蓝本。
根据110kV及以上交流系统和±100kV及以上直流输电系统用全光纤电流互感器的特点，规定了其使用条件、基本参数、结构和配置要求、技术要求、试验、标志、使用期限、包装、运输及贮存。
4 主要工作过程2019年1月，成立标准起草编写工作组；2019年6月，工作组在充分调研国内外相关标准的基础上，编制了本标准大纲，确定了编写工作的具体时间节点；2019年7月，召开第一次工作组会，开始标准起草；2019年8～9月，编写工作组根据变电站内配置的数字式和模拟式电能质量监测装置的具体检测情况编制了检测规范的初稿，召开了内部讨论会，确定了检测规范框架和初步内容；2019年10月，形成征求意见稿，上网征求标准意见。
纯光纤式电流互感器
纯光纤式电流互感器
首先，纯光纤式电流互感器不需要直接接触高压电流导体，因
为光纤本身是绝缘材料，这样可以大大提高安全性，减少了操作人
员的安全风险。
其次，光纤传感器具有抗电磁干扰的能力，能够在
复杂的电磁环境下稳定工作，这对于精确测量电流非常重要。
此外，纯光纤式电流互感器还具有体积小、重量轻、易于安装和维护的特点，能够满足现代电力系统对设备体积和重量的要求。
在实际应用中，纯光纤式电流互感器可以广泛用于电力系统中
的电流测量和保护控制领域。
它可以实现对电流的高精度测量，并
且能够实时监测电流的变化，对电力系统的安全运行起着至关重要
的作用。
另外，纯光纤式电流互感器还可以与数字化系统相结合，
实现远程监测和智能分析，为电力系统的运行和维护提供了便利。
总的来说，纯光纤式电流互感器作为一种新型的电力测量设备，具有很多优越的特点，并且在电力系统中有着广阔的应用前景。
随
着光纤技术的不断发展和成熟，相信纯光纤式电流互感器将会在电
力领域发挥越来越重要的作用。
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NXCT 全光纤电流互感器绿色、低炭、环保、节能 智能化电网的重要基石! 智能化电网的重要基石!TechnologyGRID阿海珐输配电 ITR 拥有丰富的技术资源支 持RPV Italy RMM Mexico ITR+Capacitors Bushing RMW USA ITR RMG Brazil ITR+Coil阿海珐输配电 AREVA T&D 互感器集团 ITR LINENxtPhase O/E ITRITR+Bushing+Capacitors+Air Core Coil阿海珐输配电互感器（上海）有限公司RMC China ITR+Bushing +CapacitorRMK India RML Germany ITRRMT Finland Nokian CapacitorsITR+Coil+BushingPresentation title - 01/01/2010 - P 2© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.电流互感器分类电磁式电流互感器 （材料耗用大，绝缘复杂）混合型光电互感器 (有源式光电互感器 ) 电 流 互 感 器 在高压侧采用Rogwski线圈, 将被测电流转换成电压信号 ，再将电压信号转换成光信号传输。
高压侧电子装置电源 由锂电池供给，或底部送强光束，由光电池产生电源，也 有由高压电、磁场激励感应供电。
光 电 电 流 互 感 器 磁光玻璃光电互感器 采用法拉第磁光效应，根据光波行进中，在由一次电流形 成的磁场中引起的光偏转，由底部的电子装置检测原光信 号和偏转后的光信号差异，计算出一次电流值。
头部无需 电源，但匝数受限，磁光玻璃尺寸受限，使测量灵敏度不 高。
全光纤光电互感器 全光纤代替了磁光玻璃，结构简单，采用高灵敏度不受干 扰的Sagnac干涉原理，可靠性好，灵敏度高，应用灵活 ，稳定性高。
Presentation title - 01/01/2010 - P 3© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.有源光电互感器原理图有源光电互感器原理图 混合型光钎电流互感器是利用电磁感应原理制作成传感头, 采用Rogwski线圈将 被测电流转换成电压信号, 再将电压信号转换成光信号, 通过光钎传输到控制室。
混合型光钎电流互感器的传感头侧都要有偏置电源, 给电子或光电元件供电。
Presentation title - 01/01/2010 - P 4© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.磁光玻璃偏振光光电互感器原理图无源型光电式电流互感器的传感头 不需要供电电源。
传感头一般用法 拉第磁光效应原理制成，处于低电 位的光源发出的偏振光经光纤传到 高压侧，并通过处于被测电流产生 的磁场中。
偏振光的偏振面在磁光 玻璃中发生旋转，即电流信号偏振 调制光波。
带电流信号的光波经光 纤传到低电位侧，经光-电变换后放 大输出。
无源结构的优点是结构简单，且完 全不采用传统的电磁感应元件，无 饱和问题，充分发挥了光电式电流 互感器的特点，尤其是高压侧无源 电子器件，无温度稳定问题，互感 器运行寿命容易保证。
其缺点是光 学器件制造难度大，测量的高精度 难以达到，且长期稳定性不高。
Presentation title - 01/01/2010 - P 5© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.磁光玻璃磁光玻璃偏振光光电互感器原理图不同光电电流互感器性能比较混合型光电CT (有源式光电互感器)高压端有电源， 故障率较高。
vs.全光纤光电互感器磁光玻璃光电互感器磁光玻璃生产困难，成本高 匝数被限制，灵敏度受限制 高成本，易碎。
vs.全光纤光电互感器偏振光相角移测量 (偏振光角移测量)对震动敏感， 直流电流不能测， 噪声高，测量难度大 传感光纤特殊，易碎。
Presentation title - 01/01/2010 - P 6vs.Sagnac 偏振光干涉仪原理 (偏振光速度检测)© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.NxtPhase背景介绍 NxtPhase背景介绍• Areva T&D公司的全光纤电流互感器的技术源于美国Honeywell公司先进的光纤 驼骡导航仪技术，通过对地球磁场的精确测量，提供军用飞行器的导航。
• 从1991年开始，该研发团队的核心人员在Honeywell公司的资助下，在Texas A&M大学进行了近10年的研究和开发工作，目的是使这项尖端军用技术能够在民用 领域有所应用。
• 通过多年的技术改良，该技术已经在包括新一代民用飞机如波音777等上广泛使 用。
在1997年第一套全光纤电流互感器在美国Cholla发电厂投入使用后，研发团队 和Honeywell公司共同组建了Nxtphase T&D 公司，专注全光纤电流互感器的技术推 广和技术完善。
• 到目前为止，公司拥有全光纤电流互感器有关的技术和应用专利40多项，在北美 和欧洲等23个国家有1073套系统已经投入运行，电压等级覆盖36kV到550kV，包括 高压交流和高压直流应用，超大直流电流和GIS应用。
集20多年的技术创 新和10多年的产品运行经验积累，该团队是全球公认的全光纤电流互感器 技术的领导者。
• 2009年初，为了在智能电网需求方面提供完整的解决方案，阿海珐输配 电公司收购了Nxtphase公司，并开始在全球范围内，推广这一先进技术。
• Nxtphase 公司在美国菲尼克斯，员工50多人。
Presentation title - 01/01/2010 - P 7© ALSTOM 2010. All rights reserved. Information contained in this document is provided without liability for information purposes only and is subject to change without notice. No representation or warranty is given or to be implied as to the completeness of information or fitness for any particular purpose. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.NXCT的测量不受任何干扰影响 NXCT的测量不受任何干扰影响全光纤电流互感器的理论基石:• 法拉第磁光效应( Faraday Magneto-optical effect) 当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一磁场，则光振动方向将 发生偏转，偏转角度与磁感应强度和光穿越介质的长度的乘积成正比，偏转方向取决于介 质性质和磁场。