光学玻璃电流互感器研究进展.doc

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1、光学玻璃电流互感器研究进展王政平，康崇，张雪原，郑志胜，林火养(哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨市南岗区一曼街2号，150001)曾R皋阳，杨会民(中国东北电网有限公司哈尔滨超高压局)王启胜(屮国联通哈尔滨分公司)摘要：介绍了电子式电流互感器分类，块状光学玻璃电流互感器(BGOCT)的基本工作原理，冋顾了BGOCT系统自身参数如反射相移、线性双折射等对BGOCT性能影响、工作环境对BGOCT系统的影响及信号处理技术方面的研究结果，并评估了可能的努力方向。关键词：光学玻璃电流互感器：Faraday效应：反射相移：线性双折射中图分类号：TM45

2、2文献标识码：A0.引言随着电网电压提高到超高压、英高压，传统的电流互感器(CurrentTransfoimer:CT)已暴露出铁心易饱和，绝缘越来越困难，绝缘费用昂贵，充油易爆等内在的缺点。与其CT相比，电了式电流互感器(ElectronicCurrentTransformer:ECT)具有优良的绝缘性能，无磁饱和问题，动态测量范围大，测量精度高，抗电磁干扰能力强，频率相应宽等截然相反的优点。因而得到了备国电力行业相关部门单位的极大关注，在近年来得到不断发展。电子电流互感器是指利用备有电子器件的光学器件、或空心线圈(带有或没有内嵌积分

3、器)、或是带有集成负载的铁芯线圈的、独立的或配有电了器件的电流一电压转换器。其屮利用光学器件对电流传感的或传输信号的ECT称为光学电流互感器(OpticalCurrentTransformer:OCT)。对OCT可有不同的分类方法。按照高压区工作单元是否需要供电，OCT通常可分为有源型和无源型两大类；按照传感机理和传感头的具体结构，OCT又可分全光纤型、光学玻璃型、混合型、磁场传感器型和其它传感机理型块状光学玻璃型OCT工作原了光学玻璃电流互感器(BulkGlassOpticalCurrentTransformer:BGOCT)的基木工

4、作原理是Faraday效丿应，即加在光学介质上的外部磁场会使通过光学介质的偏振光发生偏振而的旋转的效应。其旋转角度①由公式（1）决定。①二V^Hdl（1）式屮V是光学介质的Verdet常数M是光在介质屮的传播的距离；H是磁场强度。当磁场H是由图1所示穿过光学玻璃传感头的导体屮的电流/产生，且光路围绕载流导体闭合时，利用安培环路定律上式可改吗为◎=VNJ（2）式屮M是I节I绕载流导体闭合光路圈数。由公式（2）可知，貝要测出偏振光旋转的角度①，即可计算出待测电流的大小。公式（2）通常被认为是BGOCTT.作原理的数学表达式⑴。公式（2）还表

5、明，利川适当的光路设计增加围绕载流导体的光路圈数可提高传感头灵敏度。图I光学玻璃电流传感头原理光路图Fig1.Schematicdigramofthebulkglasscurrentsensinghead2.BGOCT基本结构及其改进方案与全光纤型OCT相比，BGOCT的光学材料选择范用宽，稳定性较好，精度较高，受线性双折射影响较小，但存在加工难度大，传感头易碎，成木高等缺点，而且光在反射过程屮引入的反射相移会使线偏光变成椭圆偏振光而影响系统性能。为克服反射相移的影响，己提岀双正交反射方案⑺，临界角反射方案⑶和保偏反射膜方案（其屮乂分为

6、多层保偏反射膜⑷与单层介质保偏反射膜方案⑸）。其屮，双正交反射方案的原理是在光路屮每个反射点处用两次反射代替原来的一次反射，并使第二次反射光的s、p分量与笫一次反射光的s、p分量恰好旋转90。，致使两次反射产生的相移互相抵消，如图2所示。对于交反射方案而言，己见利用增加传感头屮光路数提高灵敏度的报道⑹。采用金属膜反射的、可开合式传感头则便于现场应用⑺。将双正交反射方案设计屮最麻一次向上的反射改为向下反射，使光路实现基木闭介，可提高系统抗外电磁场干扰的能力⑻。通过反射结构使光路实现折返，也可提高检测灵敏度⑼〔⑹，但由于在实现光路折返时并没

7、有采取使线偏振光两个正交分最Z间方向互换的措施，即便是严格按原光路返冋，也不能抵消或降低线性双折射、反射相移等互易性因素的影响。图2双正交反射反射方案原理图Fig2.Schematicdiagramofdual-quadratureretlection-typedsensinghead基于临界角反射不产生反射相移的原理，冇人提出了三角形传感头设计⑴和钳式传感头设计［⑺。上述方案具备结构简单或使用方便的优点。由于临界角反射方案对传感头加工精度要求很离，近年来此方面的报告少见。Yoshino等人改进了多层保偏反射膜方案［叫Robles等人则

8、提出一种利用钻薄膜的传感头设计方案冋，并通过对Faraday效丿、''/「和Ken•效丿、''/「的比较，证明了Faraday效应在同样的情况下能提供更大的旋转角。他们还对不同的信号处理电路结构进行了实验比