光学互感器原理讲稿课件.ppt

1、序光纤传感器的一般原理光波的几个特征参数：振幅、相位、偏振态、波光波的几个特征参数：振幅、相位、偏振态、波长，实际便于测量的是光强。长，实际便于测量的是光强。光波在光纤内传输时，受到周围因素（温度，应光波在光纤内传输时，受到周围因素（温度，应力，磁场、电场等）的作用，会引起光波特征参力，磁场、电场等）的作用，会引起光波特征参数的改变。数的改变。通过抑制非测量量的作用，根据输出光波来反算通过抑制非测量量的作用，根据输出光波来反算被测物理量的变化。被测物理量的变化。光纤传感器按照光纤所起作用分类光纤传感器按照光纤所起作用分类传感型：敏感传感型：敏感+传光，全光纤电流传感器传光，全光纤电流传感器传光

2、型：传光型：其它敏感元件测量，光纤数据传输。注其它敏感元件测量，光纤数据传输。注意光通讯不属于此类。如磁光玻璃电流传感器、意光通讯不属于此类。如磁光玻璃电流传感器、电压传感器电压传感器电子式互感器的概念电子式互感器的概念以输出方式定义：有合并单元，有数字光信以输出方式定义：有合并单元，有数字光信号输出，模拟量输出可选。与敏感原理无关。号输出，模拟量输出可选。与敏感原理无关。光学电流和电压互感器也属于电子式互感器，光学电流和电压互感器也属于电子式互感器，合并单元及其其后的应用相同。合并单元及其其后的应用相同。第一部分 OCT介绍1 1、概述、概述2 2、工作原理、工作原理3 3、特点、特点磁饱和

3、导致暂态大电流无法测量磁饱和导致暂态大电流无法测量绝缘结构在高电压时体积大、成本高绝缘结构在高电压时体积大、成本高油气爆炸风险，二次开路导致的高压油气爆炸风险，二次开路导致的高压二次负载对精度有影响，输出没有数字化二次负载对精度有影响，输出没有数字化OCT介绍概述OCT（光CT）即光学电流互感器。国内对OCT的定义比较模糊只要用到光纤的CT都称为OCT，其实不然，只有通过法拉第磁光效应对电流进行测量的才是真正的OCT。法拉第磁光法拉第磁光效应（效应（18461846提出）提出）法拉第电磁法拉第电磁感应（感应（18861886年专利）年专利）磁光玻璃式磁光玻璃式 全光纤式全光纤式铁芯互感式铁芯互

4、感式低功率线圈式（低功率线圈式（LPCTLPCT）空心线圈式（空心线圈式（RCTRCT）(Rogowsgi(Rogowsgi线圈线圈)(1912)(1912年年)OCT介绍工作原理磁光法拉第效应磁光法拉第效应1845年，法拉第发现，当一块玻璃被置于强磁场中时，它会具有光学活性。当一束线偏振光沿着与磁场平行的方向通过这块玻璃时，线偏振光的振动平面将产生偏转F。OCT介绍工作原理安培环路定理安培环路定理如果敏感路径是闭合环路，将遵守安培环路定律于是环路下的法拉第相角的大小VINIVNHdlVNVHdllNillNFilHdlIOCT介绍概述OCT的结构形式OCT介绍工作原理磁光玻璃式磁光玻璃式OC

5、T工作原理工作原理光源-偏振器，偏振器将光波转化为线偏振光进入磁光玻璃；在电流产生的磁场的作用下，线偏振光的方位角会发生偏转，在磁光玻璃的输出端放置一个检偏器，当偏振光方位角发生改变时，透过检偏器的光强随之改变；输出光经过传输光纤到达低压侧的探测器，利用二次处理系统可以对探测器输出进行采集，从而得到对应的电流值。OCT介绍工作原理优点是实现简单，数字处理较为容易；缺点是它采用开环工作模式，由于偏振光方位角与输出光强对应关系为正弦函数，随着测量范围的增加，非线性误差增大。)cos1(21P0PDOCT介绍工作原理全光纤式全光纤式OCT的敏感原理的敏感原理相比磁光玻璃式OCT来说，全光纤式OCT的

6、光路要复杂的多。敏感光路虽然也是利用磁光法拉第效应，但不是简单地检测一束线偏振光的偏转角，而是通过检测两束圆偏振光（一束左旋，一束右旋）的光程差来获取磁场（或电流）大小的。1A电流引起的光程差为0.1nm，必须通过干涉的方法来测量。OCT介绍工作原理全光纤式全光纤式OCT工作原理工作原理光源-耦合器-偏振器，光波转化为线偏振光，并45度进入相位调制器，在相位调制器上施加调制，两束受到调制的光波进入了光纤线圈，在电流产生的磁场的作用下，两束光波之间产生正比于载体电流的相位角，经反射镜反射后两束光波返回到相位调制器、偏振器、耦合器，最后进入光电探测器，输出的电压信号被信号处理电路接收并运算，运算结

7、果通过数字接口输出。OCT介绍工作原理全光纤全光纤OCT的闭环控制原理框图的闭环控制原理框图采用闭环控制技术可以将测量范围大大提高由于光通过传感器部分只需要由于光通过传感器部分只需要ss级时间，因而频级时间，因而频带宽度完全由信号处理部分电子线路响应速度决定；带宽度完全由信号处理部分电子线路响应速度决定；可达可达10kHz10kHz。能够实现准确的暂态电流测量、电能质量分析、能够实现准确的暂态电流测量、电能质量分析、故障录波等故障录波等 一、二次侧的信号传递依靠光纤，绝缘易于实现一、二次侧的信号传递依靠光纤，绝缘易于实现 电压等级越高，优势也越明显电压等级越高，优势也越明显 无二次开路危险、无

8、爆炸危险无二次开路危险、无爆炸危险 耗材少、运输成本低、占地面积少、安装维护简单耗材少、运输成本低、占地面积少、安装维护简单敏感头柔性设计，安装方式灵活，可以轻松实现与隔敏感头柔性设计，安装方式灵活，可以轻松实现与隔离开关、离开关、GISGIS开关、断路器、变压器等设备的集成安装开关、断路器、变压器等设备的集成安装 无附加动稳定和热稳定问题无附加动稳定和热稳定问题OCT介绍应用方式很容易与很容易与GIS等设备进行集成，等设备进行集成，Fiber cableCurrentSF6gas Circuit breaker Sensor electronicsSensing fiber coilFibe

9、r cableCurrentSF6gas Circuit breaker Sensor electronicsSensing fiber coil 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强 其偏心安装、套筒外安装等方式均不影响使用精度其偏心安装、套筒外安装等方式均不影响使用精度 计量精度满足计量精度满足0.2S0.2S准确级要求准确级要求 保护精度远优于保护精度远优于5P5P 在在1%-200%1%-200%额定电流范围内满足计量精度额定电流范围内满足计量精度 在在200kA200kA范围内满足保护精度要求范围内满足保护精度要求采用闭环控制技术带来的优点采用闭环控制技术带来的优点 抗可同时精确测量交、

10、直流，满足谐抗可同时精确测量交、直流，满足谐波准确度测量的要求；波准确度测量的要求；光路全部采用光纤熔接技术，工艺性好。光路全部采用光纤熔接技术，工艺性好。磁光玻璃式磁光玻璃式OCTOCT，组合式，组合式磁光玻璃式磁光玻璃式OCTOCT，全光纤电子式电流互感器全光纤电子式电流互感器 通过了型式试验，准确度达到通过了型式试验，准确度达到0.20.2级，级，0.2S0.2S，0.10.1级级实现了两个实现了两个110kV110kV整站的商用整站的商用OCT代表未来的发展方向OCT介绍问题运行经验少运行经验少，长期稳定性和可靠性有待运行考验，用户的信心建立在产品的使用情况上。需要用户与设备制造商一起

11、努力来推动新技术的发展。使用起点高，需要和配套的数字计量系统和保护系统配合使用才能发挥优势。安装和使用尽管简单，但工作人员更熟悉运行了几十年的传统设备，配套运行规程需调整。OCT介绍特点有待各方共同的工作解决有待各方共同的工作解决配套的检定方法配套的检定方法配套的标准配套的标准配套的设计等规程配套的设计等规程第二部分 OPT介绍1 1、概述、概述2 2、工作原理、工作原理3 3、特点、特点OVT介绍概述OVT也称为OPT（光PT），利用光学的方法来测量电场，间接达到测量电压信号。近十几年来，有许多国家的研究机构纷纷加入了OVT的研究开发行列。目前，只有Nxtphase、ABB有相关产品化的报道

12、。难度要比OCT大。OVT介绍概述OVT的分类的分类国内外关于OVT的主流方案主有两种。逆压电效应型逆压电效应型泡克尔斯（泡克尔斯（Pockers）效应型）效应型OVT介绍概述ABB重点研究逆压电效应型OVTNxtPhase重点研究泡克尔斯效应型OVTOVT介绍概述从国外公司研究的产品化进程来看，泡克尔斯OVT比逆压电效应OVT更加有优势。国内有少数几家高校对两种效应的OVT进行了一些探索性研究，并取得了一些研究成果。但是，在产品的工程化方面还存在很大的差距，迫切需要由工程单位进行有效的产品化研究。OVT介绍工作原理逆压电效应逆压电效应当压电晶体受到外加电场作用时，晶体除了产生极化现象以外，同

13、时形状也将产生微小变化，即产生应变，这种现象称为逆压电效应。若将逆压电效应引起的晶体形变转化为光信号的调制并检测光信号，则可实现电场(或电压)的光学传感。电压引起的相位差：KNUOVT介绍工作原理泡克尔斯（泡克尔斯（Pockels）效应）效应当光波通过晶体时，在两个轴上光波之间的相位差会随着电压（或电场）改变。干涉后的合成波偏振态会发生变化，无电压时为圆偏振，有电压时为椭圆偏振，偏振度大小与两束光的相位差有关。通过检测相位差 就可以得到被测电压，但是直接测量相位是很困难的，必须通过干涉后检测功率变化来计算相位差，从而计算得出电压。相位差与施加电压的关系如下：OVT介绍特点OVT的优点：的优点：

14、1）绝缘性能好，用来做传感材料的磁光玻璃（或光纤）、传输信号的光纤都是良好的绝缘材料；2）测量频带宽，可以达到1kHz以上；3）不存在铁磁谐振等问题；4）体积小，重量轻，节能环保，无需充油；5）适应了电力保护和计量的数字化、自动化及光通信的发展趋势。OVT介绍特点OVT存在的问题：存在的问题：1）研制难度大，对材料稳定性要求高；2）间接利用了电场分压，环节多，设计难度较大；3）长期稳定性有待验证。总结光学互感器是智能电网中关键的测量元件，关系到电网的保护和电能计量。研发的单位正加快速度，形成竞争态势；用户给予了关注和试用支持。主管部门给予的支持尤其重要。我国的光学互感器的应用赶超世界先进水平指日可待。欢迎您提出宝贵意见和建议谢谢！