反射式全光纤电流互感器误差研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文反射式全光纤电流互感器误差研究姓名：张海亮申请学位级别：硕士专业：凝聚态物理指导教师：李德昌201201 互感器作为电力系统的重要组成之一，为电力系统的正常运作提供测量、保护、线路诊断以及电力监控，随着电力系统的不断升级，互感器的研究也随之更新换代。本文以电流互感器的发展为背景，对反射式全光纤电流互感器的光路原理和性能进行了深入的研究。首先，本文论述了基于���磁光效应的两种电流互感器的原理，并在此基础上对其光路结构做了详细的分析，给出了其偏振体系的理论推导。其次，通过对其光路的各

2、个器件的分析，推导出其各器件的琼斯矩阵，用琼斯矩阵构建了全光纤电流互感器的理论模型。另外，对全光纤电流互感器的信号检测方法做了详细描述，给出了基于数字闭环的相位调制及微信号检测方案。最后，用琼斯矩阵法对其光路系统的各个可能引起误差的器件做了详细分析，并给出其误差解决方法，对受温度影响的两大误差源，提出了通过改变��波片初始相位的误差补偿方本文通过对互感器的整个光路系统的分析，分别给出各光路器件误差解决方案，对全光纤电流互感器的研究有一定的指导意义。关键词：光纤电流互感器琼斯矩阵传感光纤 ����，������

3、����������������������������猣�������������������������������������������甎������������������������琭���� 第一章绪论��全光纤电流互感器的介绍电力系统为了传输电能，往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户，无法用仪表进行直接测量。互感器就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，便于仪表直接测量，同时为继电保护装置和自动装置提供电源。互感器是在电力系统中将高电压、高电流转变为低电压、低电流的信息

4、，并且传递给二次侧的计量、保护以及自动装置的一种特殊的变压器，其在传递的过程中起一次、二次系统的联络作用，通过将互感器一次侧接入电网，二次侧接上信号测量仪表、自动装置和保护装置等，由信号测量仪表便可测量出一次的电流和电压等信息，再将此信息反馈给继电保护装置和自动装置，便可对电网实现保护与自动控制。由上可知，互感器性能直接影响整个电网的智能运作，互感器性能及其可靠性一直是电力系统研究领域的重点。目前，随着人们对电的日益需求，使电力系统领域飞速发展，伴随而来的是电力传输系统的容限不断加强，传统的互感器越来越不能满

5、足现今的诸多问题，其表现为：电力系统的电压等级不断升高，一次侧和二次侧的电绝缘问题，一次侧向二次侧传递信息的可靠性问题，电流电压的动态范围变大使传统互感器无用武之地。面对目前的大电流、大电压和强功率的电力系统，国内采用的互感器暴露出诸多缺点，相对高等级的一次电压、电流表现出体积大，重量重，制作成本高，且其采用的技术是以电磁感应原理为基础，在绝缘方面，动态检测范围方面等均不能满足现今需要，此外由于电子式电流互感器的固有磁饱和、频带窄、铁磁谐振以及易燃易爆，并且，现今的电力系统需要高精度，适时控制，在线检测等，使

6、电力系统急需新一代替换产品【¨。全光纤电流互感器���是以法拉第磁光效应为原理来测量电流。根据安培定律和磁光法拉第效应原理，通电导线周围存在闭合磁场，这种磁场可以使得围绕在导线周围光纤中传输的偏振光的偏振面发生旋转。由于电流与偏振光的偏转角成线性比例关系，因此可以通过检测偏转角度来测电流。近�年来，光学电流互感器的研究不断取得进展，与传统互感器相比，它具有如下优点：高压工作环境下绝缘要求，简化了庞杂的绝缘结构； �反射式全光纤电流互感器误差研究流互感器漏油、爆炸等危险及大气污染；控和测量为目的的高速遥感、遥测

7、系统；器固有缺陷；因全光纤电流互感器有如此诸多优点，并且在实际应用中，电压等级越高，优势越明显，符合未来电站、变电所发展的需要，是传统电流互感器较为理想的更新产品，因此被认为是必将取代传统电流互感器的新一代互感器。与传统电流互感器相比，��在理论上存在着较大的优势，但在工程实际应用中所面临诸多新问题，阻碍了��的实用化进程。国内经过多年的理论研究及工程实践，摸索出解决这些问题的一些行之有效的措施，为��的工程应用奠定了技术基础。目前，温度对测量误差的影响，以及长期运行的稳定性方面，均对光路系统的设计提出了较为

8、严格的设计界定，光路系统的设计是全光纤电流互感器的关键技术之一，因此我们对全光纤电流互感器的光路系统的深入研究是对新型的全光纤电流互感器的产业化发展有着十分重要的意义。��国内外对全光纤电流互感器的研究现况为先进的��的研发工作。��年，美国五大电气公司成立了光纤电流互感器 第一章绪论年挂网运行，在电网中起继电保护的作用，到��年，成功研制出�����感器做了研究，对其理论、性能、材料做了深入研究。