光纤大电流传感器

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系列全光纤电流互感器介绍

NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器应用与校验目录1NAE-GL 系列产品的整体方案整体方案关于数字化变电站过程层的传感设施主要包含三个部分内容：电子式电流互感器，电子式电压互感器和归并单元，以下图。

而关于电子式电流、电压互感器而言也分别包含了传感部分和电气部分。

当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鉴于全光纤的电子式电流互感器等几类，都有一些实质运转或挂网的经验；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质运转的经验。

图过程层传感设施功能块框图全光纤电子式互感器应用功能与连结图示出了过程层传感设施应用功能与连结表示图。

能够看出，电流光纤敏感环经过光纤与电流电气单元相连结，电压敏感源经过障蔽电缆（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归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递到归并单元中。

电气单元还留有通信接口，用于同当地的手持考证终端进行信息互换，用来检验电流、电压的数值等数据。

归并单元接受来自外面的时钟对时信号，也发出多路时钟同步信号用于电气单元内数据同步；归并单元接受来自多路电气单元的数据，办理后输出多路数据信号用于有关的保护和丈量等使用。

图过程层传感设施应用功能与连结表示图NAE-G 系列产品的型号选择型号选择订货须知订货时，除了上述型号选择的信息外，还应该关注以下的信息。

2NAE-GL 系列全光纤电子式电流互感器纲要由国电南瑞科技股份有限企业（以下简称“国电南瑞” ）、北京航时节代光电科技有限企业（隶属于中国航天九院，以下简称“航时节代”）结合建立的南瑞航天（北京）电气控制技术有限企业（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累积，成功开发出全光纤电子式互感器，获得了多项科技成就。

激光供能的光纤电流传感器

2001年12月传　感　技　术　学　报第4期激光供能的光纤电流传感器①张涛,颜研,申烛,罗承沐(清华大学电机系,北京　100084)摘要:本文论述了一种用激光供电的混合式光纤电流传感器(EO CT),它的额定电压为220kV,额定电流为1200A.本文对这种混合式电流传感器的原理、样机的结构方案进行了研究,并进行了系统整体测试.关键词:激光供电;电流传感器;电磁干扰;自动温度控制中图分类法:T P212.14　文献标识码:A　文章编号:100421699(2001)04202712061　引　言电流传感器是电力系统中最重要的高压设备之一.它被广泛地应用于继电保护、系统监测、电力系统分析之中.随着现代电力系统的发展,尤其是电网输电电压等级的提高,迫切需要优质价廉的新型传感器代替传统的电磁式的电流传感器.国外在60年代初就开始了光学电流传感器的研究,由于光纤技术和传感器技术的发展,目前光纤电流传感器的研制开发已日趋成熟和完善,和传统的电磁式电流传感器相比,具有以下优点:(1)无绝缘油,不会有安全隐患;(2)没有磁饱和现象;(3)无铁芯,因此没有铁磁共振和磁滞效应;(4)测量带宽和精度可以达到很高;(5)体积小,重量轻,造价低廉.光学电流传感器分为无源型和有源型两种.无源型电流传感器以利用法拉第磁光效应的装置为主,它们最大困难是其本身的光学系统折射效应随环境因素变化而变化,光学传感头中存在着各种形式的双折射,影响了整个系统精度和稳定性.而有源型电流传感器在高压部分没有采用特殊的功能性光纤和其它光学元件,只是使用了有源电子电路,因此这种电流传感器容易实现并且有长期的稳定性和高的可靠性.但是,电源供给问题却影响了混合型电流传感器的更大范围应用.为此,本文采用了光电池作为系统的电源.光电池的能量由大功率半导体激光二极管提供.目前ABB,R IT Z公司有类似的产品,额定电压72～765kV,额定电流50～4000A.①来稿日期:20012042022　系统的组成和工作原理2.1　系统电源电路:电源供应部分是系统的核心部分之一,由于这种光电式电流传感器的传感头安装在高电位侧,并且完全是由电子线路构成的,因此必须有相应的电源提供给传感头的电子线路.在系统框图图1中,激光器、光电转换器和DC 2DC 变换器构成了系统的电源供应部分,其中,位于低电位侧的激光器将光能量通过光纤传递到传感头部分的光电转换器中,光电转换器的输出经过两组DC 2DC 变换器后,产生5V 和±12V 两组电源输出提供给后级的电子线路.在光电池电源系统里,激光二极管(LD )作为光源,提供驱动光电池(PD )的光功率,根据系统总功率需要选用合适的光功率和输出效率的激光二极管后,可以非常满意的得到光电池的恒定功率和电压输出.图1　系统原理框图2.1.1　光电池实际应用中需要注意的一点是因为光电池是非线形器件,存在最大功率点和阻抗匹配问题,需要设计匹配的DC DC 转换电路使光电池进入大功率电压区工作,本文设计了一种自举电路,可以较好的解决这种问题,能使光电池稳定工作在5V ,220mW 的工作点上.图2为光电池电源系统测试线路图.通过改变LD 的驱动电流来调节光电池的输出功率,可以得出如图3,从而看出在不同的光功率输入下,光电池在不同的匹配电阻上输出不272 传　感　技　术　学　报 2001年同的最大电功率,在不计传输损耗的情况下,其输出最大电功率为LD 输出光功率与LD 转换效率和PD 转换效率的乘积.图2　光电池测试线路示意图图3　LD 驱动电流为1090mA 时光电池负载特性如图3中,光电池工作点为(44mA ,5.0V ),输出最大功率为220mW ,匹配电阻为1118.2.1.2　激光二极管(LD )的驱动LD 的发光波长和输出功率都随温度变化而变化,如不采取措施,将影响系统的稳定性,为此本论文采取了半导体致冷技术,采用帕尔贴致冷器,设计了自动温度控制电路,使LD 工作在20℃左右的条件下,输出恒定光功率.控制电路原理如图4所示.电路中R 1、R 2、R 3和R T 构成温度敏感电桥,在R 1=R 3的情况下,选取不同的R 2的值可以设定不同的基准温度,以保证LD 正常工作温度,满足系统的要求.热平衡时,制冷器控制热敏电阻的温度,从而使得R T =R 2,V 1=V 2,电桥处于平衡状态,差放电路输出V 3=0,因此比例2微分2积分(P I D )电路输出恒定的电压值,使制冷器得到一恒定的电流,用于补偿LD 注入电流引起的热沉温度的升高,从而保持激光器芯片温度的恒定.当热敏电阻探测到热沉温度升高时,R T 下降,感温电桥平衡状态被打破,给出一误差信号(V 1-V 2),该误差信号经放大后引起P I D 电路输出电压V ou t 上升,制冷电流增大,从而使热沉温度下降,R T 升高直至V 2=V 1,电桥恢复平衡,LD 也恢复到原来的温度.同理,当LD 温度下降时,控制电路会减小制冷电流以保持LD 工作于设定温度.在LD 温度很低时,控制电路可以通过PN P 管提供反向加热电流,提高LD 热沉的温度,使LD 恢复正常的工作状态.372第4期张涛,颜研等:激光供能的光纤电流传感器图4　自动温度控制原理图2.2　高电位侧的传感头: 传感头的主要作用是将电流信号通过采样线圈转换成为电压信号,并通过多路信号A D 采样系统将电压信号转变成为数字信号,通过发光二极管(L ED )将时钟和数据信号通过光纤传递给低电位侧的信号接收部分.A D 转换电路是整个传感头电路的核心部分,由于传感头的特殊要求,A D 转换芯片应该具有以下基本特征:(1)微功耗　(2)采样率足够高　(3)串行A D 转换　(4)电压双极性输入　(5)高分辨率.综合上面考虑后,本文采用的是AD 公司出品的AD 7895芯片.这种芯片的最大功耗仅为20mW ,转换时间为3.8Λs ,是完全符合本系统的功耗要求.2.3　地面低电位侧的信号处理低电位侧的信号处理部分可以分为模拟通道和数字通道两个部分.从高电位侧传递下来的两路串行数字信号(时钟和数据信号)经过放大整形电路的处理以后,在逻辑控制电路的作用下,将四种采样信号(计量用电流信号、保护用电流信号、电源电压监测信号和传感头的温度信号)分开,经过D A 转换器还原成为模拟信号;同时,通过PC 机信号采集卡将数字信号采集到计算机里进行数据分析和处理.图5　典型D A 转换电路图如图5为典型一路D A 转换电路.2.3　系统测试结果及误差分析系统测试数据总体上可以分为比差测量和角差测量两个部分.可得到如图的混合式光472 传　感　技　术　学　报 2001年纤电流传感器的输入-输出比差和角差曲线.如图6是比差曲线,图7是角差曲线.图6　输出比差曲线图7　输出角差曲线系统测量误差有以下几个方面(1)测量误差:主要由信号发生误差和示波器读数误差组成(2)标定误差(3)器件工作的不稳定性(4)电源系统引起的干扰误差:系统电路由于采用大量数字电路,电源受到数字干扰影响,这些干扰会影响D A 转换的精确度,从而产生误差.3　结　论 (1)根据设计的整体结构,采用激光管提供能量的方式,将激光能量提供给高电位侧的光电转换器件,并通过两组DC 2DC 变换器件提供给传感头稳定的电源供应.这种电源提供方式能够提供大约200mW 的总功率输出,可以满足传感器头部电子电路的功耗要求.572第4期张涛,颜研等:激光供能的光纤电流传感器 672 传　感　技　术　学　报 2001年(2)设计并实现了系统的传感头部分电子线路.(3)设计并实现了光接收机的模拟通道的电子线路.(4)设计了PC机接口板电路通过并行接口芯片以及其它的外围控制电路,用软件读取传感头采集的数字信号,并进行数据的处理.(5)本系统经实验室测试比差可达到0.5%,角差达到20′左右.参考文献[1]　Song J,M claren P G,T hom son D J,et al.A P ro to type C lamp2on M agneto2op tical Cu rren t T ran s2ducer fo r Pow er System M etering and R elaying[J].IEEE T ran sacti on s on Pow er D elivery,O ctober 1995;10(4):1764-1770[2]　Cease T W,John ston Pau l.A M agneto2Op tic Cu rren t T ran sfo rm er[J].IEEE T ran s on Pow er D e2livery,1990;P W RD-5(2):548-555[3]　张明明,刘延冰.一种新型的有源光纤电流传感器[J].中国仪器仪表,1998;2:15～16[4]　A l2M ohanadiM R,Ro ss J N,B rignell J E.Op tical Pow er and In telligen t Sen so rs[J].Sen so rs andA ctuato rs A,1997;60:142-146Optic F iber Curren t Sen sor Powered with Laser EnergyZH A N G T ao,　YA N Y an,　S H EN Z hu,　L UO Chengm u(D ep t.of E lectrical Engineering,T singhua U niv.,Beijing100084P.R.Ch ina)Abstract:A new typ e hyb rid op tical2electron ic cu rren t tran sfo rm er(EO CT)w ith rated vo ltage220kV and rated cu rren t1200A,w as develop ed.T he P rinci p le of th is cu rren t tran sfo rm er as w ell as the general con structi on w as studied.A nd the first p ro to typ e in2 strum en t w as bu ilt and tested.Key words:laser pow ered sen so r,cu rren t tran sfo rm er,E M I,tem p eratu re con tro l作者简介张涛,硕士研究生。

电力系统中电流测量技术的最新进展与应用

电力系统中电流测量技术的最新进展与应用在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行至关重要。

而电流作为电力系统中的一个关键参数，其准确测量对于保障系统的安全、可靠和高效运行具有重要意义。

随着科技的不断进步，电流测量技术也在不断发展和创新，为电力系统的优化和升级提供了有力支持。

一、传统电流测量技术及其局限性在过去，电磁式电流互感器是电力系统中常用的电流测量设备。

它基于电磁感应原理，将大电流转换为小电流进行测量。

然而，这种互感器存在一些固有局限性。

例如，它的体积较大、重量较重，安装和维护较为困难。

此外，电磁式互感器的测量精度会受到铁芯饱和、磁滞效应等因素的影响，在大电流或高频情况下可能会出现测量误差。

另一种传统的电流测量技术是罗氏线圈。

罗氏线圈通过测量电流产生的磁场变化来间接测量电流。

它具有测量范围宽、响应速度快等优点，但也存在输出信号较小、需要复杂的信号处理等问题。

二、最新电流测量技术的发展1、光纤电流传感器光纤电流传感器是近年来发展迅速的一种新型电流测量技术。

它基于法拉第磁光效应，利用光纤来感知电流产生的磁场，从而实现电流的测量。

与传统的电磁式互感器相比，光纤电流传感器具有许多优点。

首先，它具有良好的绝缘性能，能够有效地避免电磁干扰，提高测量的准确性和可靠性。

其次，光纤电流传感器体积小、重量轻，易于安装和集成到电力系统中。

此外，它还具有宽的测量范围和高的测量精度，能够满足电力系统对电流测量的各种要求。

2、霍尔电流传感器霍尔电流传感器是利用霍尔效应来测量电流的一种传感器。

当电流通过一个半导体薄片时，在薄片的垂直方向上会产生一个霍尔电压，通过测量这个霍尔电压就可以得到电流的大小。

霍尔电流传感器具有精度高、响应速度快、线性度好等优点，并且能够测量直流和交流电流。

它在电力系统中的应用越来越广泛，尤其是在智能电网和新能源发电领域。

3、磁阻电流传感器磁阻电流传感器是基于磁阻效应来测量电流的。

当电流通过导体时，会产生磁场，导致磁阻元件的电阻发生变化。

光纤传感器 ppt

2、光纤传感器技术的特点

光纤传感器较传统的传感器相比有许多特点：灵敏度高结构简单体积小耗电量少耐腐蚀绝缘性好光路可弯曲便于实现远调（远距离调控）。光纤传感器技术是一门多学科性科学，涉及知识面广泛，如纤维光学、光电技术、弹性力学、电磁学、电子技术和微型计算机应用等。
3、光纤传感器的组成与分类（1）功能型光纤传感器（2）传光型光纤传感器
光纤电流传感器
光纤生物传感器
温度光纤传感器敏感头
（1）功能型光纤传感器

利用光纤本身的某种敏感特性或功能制作的传感器，称为功能型传感器。
一根光纤伸长，一根光纤缩短
光程差变化
光纤应变传感器
（
2）传光型光纤传感器
光纤仅起传输光波的作用，必须在光纤中间或端面加装其他敏感元件才能构成传感器，称为传光型传感器。
例：将敏感元件置于入射与接收光纤中间，在被
测对象的作用下，或使敏感元件遮断光路，或使敏感元件的光透射率发生变化，这样，光探测器通光量便成为被测对象调制后的信号；
举例: (1) 投币机；计数装置
二、光导纤维以及光在其中的传播
在实际系统中，用光纤输出端面作为R面。

信号光束只受到垂直振动分量U⊥cosωt的调制。由于振动体使反射点靠近或远离光纤，从而改变了信号光束的光路长度，相应改变了信号光与参考光的相对相位，产生了相位调制。信号光与参考光之间的相位差为：

4

U cost
式中，λ为激光波长，ω为光波圆频率。
光纤传感器
目录
一、概论二、光导纤维以及光在其中的传播三、光纤传感器的光源四、光纤传感器应用范例

一种改进的双光纤光栅大电流传感器

ｔｅｒｌｔｖｒｏｓ２．ｈｅａｉｅｅｒｒｉ８９％．Ｔｈｅｔｏｅｉａｎｄｅｐｒｍｅｔｌｒｓｔｅｉｈｅｓｂｉｉｆｔｒｐｓｄｅｏ．ｈｅｒｔｃｌａｘｅｉｎａｅｕｌｓｖｒｆｔｅｆａｉｌｔｏｈｅｐｏｏｅｓｎｓｒｙｙ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＧＭＭａｉｅｅｔｍａｎｔｓｉｔｅｅｆｃｎｄｆｒｎｉｃｉｎ，ａｅｎｔｉｎｉｒｖｄｄｕｌｈｓｄｆｒｎｇｅｏｔｃｉｆｔｉｉｅｅｔｄｒｔｓｂｓｄｏｈｓａｍｐｏｅｏｂｅｆｒｖｅｆｅｏ
５７．８×１一ｎ／与理论值的相对误差为２８％。理论与试验结果符合较好，明该传感器结构是可０ｍＡ，．９表
行的。
关键词：光学测量；电流传感器；光纤光栅；磁致伸缩效应；温度补偿
中图分类号：Ｔ２３Ｎ５文献标识码：Ａ文章编号：１０－９８（０８１－０１０００７７２０）００２－３
ｄｆｒｎｅｏｗｏＢ．ｈａｕｅｕｒｎａｅｏｔｉｅ．ＴｅｉａｔｏｅｅａｕｅｔＧｉｅｅｃｆｔＦＧｓｔｅｍｅｓｒｄｃｒｅｔｃｎｂｂａｎｄｈｍｐｃｆｔｍｐｒｔｒｏＭＭｎｈａｄｔｅｉｆｅｃｆｅｅａｕｅｓｒｉｒｓｅｓｉｉｒｌｎｔｄＨｉｈｓａｎａｄｓｎｏｅｓｔｉｒｂａｎｄａｎｕｎｅｏｍｐｒｔｒ —ｔａｎｃｏｓｓｎｉｖｔａｅｅｉａｅ．ｇｔｉｎｅｓｒｓｎｉｖｔａｅｏｔｉｅｔｌｔｔｙｍｉｒｉｙ

全光纤电子式电流互感器及光学电压互感器产品介绍20130328

1、应用概述
*
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
*
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。
*
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
15
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
*
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
7
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
10

光纤光栅电流传感器

２光纤光栅电流传感器理论和实验
当光纤光栅发生轴向应变时．其布拉格波长将随应变的变化而被调制，布拉格波长和应
变之间的关系为（［ｓ７
式中：ＡＢ是光纤光栅的布拉格波长， △ 几：是布拉格光栅中心波长的漂移，：「是光纤光栅的应
Ｉ｝Ａｅ＝（１一Ｐ，）ｅ，．ｌ（１）
变，Ｐ。是有效的光弹常数，定义为：
，一令ＣＰ，ｚ一（Ａｍ＋，ｏ］
来稿日期：１９９９－０９－０ａ厂东省自然科学葵金资助项目
（２）
式中：Ｐｕ和ＰＩ：是应变光学张量的光弹常数，，为泊松比，。。，为光纤芯的折射率．如果把磁致
响ｔｏ，因此，已经有人尝试利用光纤光栅调制技术制作光纤电流传感器ｔ－ｌ，取得了一定的成果，但也存在一些问题．例如，文献［４〕利用磁场通过磁致伸缩材料调制光纤光栅，存在两方面的问题．第一：输出响应是非线性的；第二；材料的磁滞特性对调制特性的影响．本文提出
的光纤传感器基本解决了这两个问题，取得了良好的实验结果．
伸缩材料和光纤光栅合理地结合，则可以利用电流产生的磁场对磁致伸缩材料的作用调制
①
万方数据
第３期
陈冠三光纤光姗电流传感器
１７５
光纤光栅，通过布拉格波长漂移的测量，可以确定待测的电流
如果把光纤光栅直接粘贴在磁致伸缩材料上，则光纤光栅的应变ｅｆ和磁致伸缩材料的应变％一样，由于磁致伸缩效应不是很大，因而检测的灵敏度较小．为了提高检测能力，我们采用了如图１所示的传感头结构．这样，光纤光栅的伸张长度ｌｗ和磁致伸缩棒在磁场作

用于局部放电检测的光纤电流传感器

２１年第２卷第５００９期
传感器与微系统（ｒｓｕｅａｄｉｏｓｍＴｃｎｏｉ）ＴａｄｃｃｓｔｅｈｏｇｓｎｒｎＭｒｙｅｌｅ
９９
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２１０）２０８摘要：根据Ｆｒｄｙａａａ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
ｄｓｎｄｆａｉｉｈｒｅＰｄｔｔｎＴｅｍｔｅａｃｏｅｏＣａｅｕａｅｎＪｎｓｍｔｘｅｉｅｒｒａｄｓａｇ（Ｄ）ｅｃｏ．ｈａｈｍｔｓｍｄｌｆＯＳｗｓｓｔｐｂｓｄｏｏｅａｉｇｏｐｔｌｃｅｉｉｒ
ｍｅｈｄ，ｎｈｏｅｉａｑａｉｎｆｒＣｒｅｔｄｔｃｉｎｉｄｒｅ．ＲｌｔｄｅｐｒｎｓｗｅｅｃｒｉｄｏｔＴｈｔｏａｄｔｅｒｔｌｅｕｔｕｎｅｅｔｓｅｖｄｅａｅｘｅｍｅｔｃｏｏｏｉｉｒａｒｕ．ｅｅｐａｔａｉｔｆＯｓｐｏｅｙｔｅｅｐｒｎａｅｕｔ．ｒｃｉｂｌｙｏＣＳｉｒｖｎｂｘｅｍｅｔｌｓｌｃｉｈｉｒｓ
＝
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
，

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大电流光纤传感器
参数如下表：
技术指标技术细节具体要求
IN 额定电流 ±60KA
Ip 测量范围（0…110%）IN
Io、Uo 输出形式电流源或者电压源，

Acceracy 精度（1到110%量程） IN的±0.5%
Vc 供电电源交直流电源
Vi 绝缘电压
在原边与副边电路之间：10 kV有效值/50Hz/1分钟
对地：17.5 kV

Ioff 失调电流（Ta =+25℃）当原边电流IN=0时，<±0.1%

Temperature
sensitivity

温漂（Ta

=-25…+70℃） <±0.002% / °C

Linearity
线性度（1到
110%量程）
< 0.1%

Repeatability 可重复性 ±0.02%
Tr 反应时间 < 100μS
Frequency 频率范围 0…5kHz
Ta 工作温度 -25℃…70℃；长期满载工作应加风冷。
Ts 贮存温度 -40℃…+100℃