基于光纤电流传感器的大电流检测系统的研究

《基于光纤电流传感器的大电流检测系统的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、本文由TXrenwk贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。产品与技术PRODUCT&TECHNOLOGY供配用电「电气测量」基于光纤电流传感器的大电流检测系统的研究文／衢州职业技术学院信息与电力工程系　　卢　　艳　　黄云龙　　赵建伟文／浙江英策电力设计股份有限公司　　郑仕林在高压大电流测量应用中，全光纤电流互感器既能够有效克服磁电式电流互感器的磁饱和效应，又能克服镜式结构中块状材料的缺陷，凸显全光纤传感系统的特点，必将成为光学电流互感器技术的新宠。输电线路是电力系统的重要组成部分，其准确性关

2、系到电网的稳定运行。随着电网运行等级的提高，对输电线路的各项参数测量变得尤为重要，其中输电线路的传输电流大小是关注的重点，因为传统的基于电磁原理的电流互感器已经不能满足实际测量的需要。因此，针对输电线路传输电流，提出一种基于电流热效应和光纤荧光测量技术的测量系统，实现对５００～１　０００　Ａ以上的大电流的在线测量和分析。转换，因此，对电流的测量转换为对热或者温度的测量。采取荧光光纤测温法测量敏感电阻表面温度，其传感部分是附着在敏感电阻表面的荧光物质和传送光纤。低压侧主要完成对光纤传送来的荧光信号的处理工作。以微处理器为核心，对荧光余辉信号进

3、行放大，然后用ＡＤ对放大后的荧光余辉曲线进行采样，测量荧光余辉寿命从而测得敏感电阻的温度，进而得到被测电流信息。高压大电流测量系统的结构及功能系统整体原理框图如图１所示，光纤电流互感器检测系统按电压等级分为两个部分，高压侧和低压侧。高压侧主要通过罗氏线圈在高压侧完成电流取样，实现将电力线路上的一次大电流转换为二次小电流。二次电流流经敏感电阻，完成电流到热量的高压大电流测量系统硬件的设计系统的整体工作思路是以电流热效应为基础，整个电流的检测过程可以概况为被测电流变化－热：量变化－温度变化－荧光衰减时间变化－光纤信息传输－光电转换－信号处理。这

4、种测量方法的优点是通过光纤将被测电流大小的信息传输下来，达到了隔离高电压的目的。系统工作主线框图如图２所示。电热器件小电流信息温度信息光纤传输温度测量电力线高压侧大电流采集装置电热转换单元大电流信息电流传感器图２　　测量系统工作流程主线光纤低压侧光电转换单元微处理器进行电流测量图１　　系统整体方案框图１．　罗氏线圈的设计利用罗氏线圈测量时，将线圈围绕在载有被测电流的导体上，线圈两端连接上采样电阻就可以测量变化的电流。在进行尺寸设计时，为方便测量仪器的安装和１０６　｜　电气时代?２０１０年第９期供配用电产品与技术PRODUCT&TECHNOL

5、OGY调试，应使电流互感器在重量和体积上尽量轻小，并且减小绕组的自感和互感，从而相应地使二次时间常数也减小，提高测量装置的响应速度。经过测试和仿真，采用的罗氏线圈的尺寸如表１所示。表１　　罗氏线圈设计参数项目骨架外径／ｍｍ骨架内径／ｍｍ骨架高度／ｍｍ线圈匝数／匝铜线外径／ｍｍ参数值２５０５０１１０４　００００．２９换和信号放大电路传输到ＰＣ机上，对采集到的数据进行分析就可以间接得到被测的温度，进而对被测电流进行测量。具体的方法是将激励光照射到薄膜器件的荧光材料上，然后再把荧光材料受激发所发出的荧光传回光电转换环节进行信号处理，如图３所示。罗

6、氏线圈Ｘ涂有荧光材料的薄膜电阻根据有关计算公式，计算结果如表２所示。表２　　罗氏线圈计算参数项目绕组互感／Ｈ绕组自感／Ｈ绕组自重／ｋｇ绕组电阻／Ω二次电流灵敏度／（μＡ／Ａ）参数值１．４１×１０－８５．６×１０－５０．９８４５８４３．１激励光和荧光的混合光激励光信号处理单元分光镜光电转换部分图３　　低压荧光激励方案示意图利用单片机程序编写一段激励光发生信号程序，使其所发出的脉冲形式的高低电平来激发激励光源发光。激励光经过光纤传递到高压端，对涂在薄膜电阻上的荧光材料进行激发，使其发出荧光，并利用同一条光纤将荧光传回信号处理单元。试验中发现在光

7、纤传回的荧光信号中搀杂着被反射回来的激励光，这是不需要的。因此，需要在光纤的末端加入分光镜，把不需要的反射回来的激励光滤除掉，这样就保留了单一的荧光信号，然后再经过后续的信号处理单元就能得到被测的电流信息。４．　激励光源的驱动电路１）　激励光源。激励光源的选择取决于荧光材料的吸收光谱，即如果选定了某种荧光材料作为传感器，则其激励光源的发射光谱要和荧光材料的吸收光谱吻合，荧光材料才能受激发而发光。通常作为荧光温度传感器的激励光源有半导体光源和氮灯。鉴于目前试验条件和以上介绍，系统中激励源选用紫外发光二极管（ＵＶＬＥＤ），其光谱主峰在３６５　ｎ

8、ｍ处，半峰宽为１０　ｎｍ。２）　驱动电路。为了产生周期的荧光余辉信号，需要对激励光源施加一个方波周期信号。且对该方波周期信号的要求是希望其下降沿尽量陡，以减小对荧光余辉信号的影响