特快速暂态过电压光学测量系统的设计

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1、第37卷第2期电力自动化设备Ｖｏｌ．37Ｎｏ．2２０17年2月ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔFeb.２０17特快速暂态过电压光学测量系统的设计邱进1，2122223，阮江军，吴士普，毛安澜，徐思恩，王玲，张峰（1．武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072；2．中国电力科学研究院，湖北武汉430074；3．南瑞航天（北京）电气控制技术有限公司，北京100085）摘要：提出一种应用Pockles效应的特快速暂态过电压（VFTO）光学测量方法。通过光学敏感头感应一次VFTO信

2、号，并将电压的变化信息通过光缆传输至电气单元进行解析，最终得到实际电压。该传感器采用光学测量方式，具有可靠性高、抗干扰能力强、测量精度高、测量频带宽的优点。设计制作的新型光学传感器的低频截止频率低于10Hz，高频截止频率高于1GHz。对隔离开关操作所引发的VFTO进行了测量试验，通过同步触发装置同时采集两侧安装的光学传感头和电容式传感头信号，对比验证了VFTO光学测量方法的可行性。试验结果表明：光学测量方式与电容式测量方式均反映了刀闸分合闸的过程，2种方式的分合闸持续时间测量结果吻合较好；电容式测量方式测

3、得的VFTO振荡幅度明显小于光学方式的测量结果，光学测量方式在高频段性能要优于电容式测量方式。关键词：特快速暂态过电压；气体绝缘开关设备；光学传感器；光学测量；频带；电容式测量中图分类号：TM835文献标识码：ADOI：10.16081／j.issn.1006－6047.2017.02.0310引言测量带宽受限。针对上述电容式传感器存在的问题，本文提出特快速暂态过电压VFTO（VeryFastTransient了一种应用Pockles效应的VFTO光学测量传感器，Over鄄voltage）是超／特高压气体

4、绝缘开关设备GIS该传感器采用光学测量的方式，综合利用了光纤传（GasInsulatedSwitchgear）设计和运行中十分关心的感技术和先进的光电子生产、控制技术，很好地克服问题，VFTO信号具有幅值高、陡度大、频率高的特了其他原理传感器的缺点。本文对传感器的带宽、点［1鄄7］，会引起GIS主回路的对地故障，还会造成相性能进行了试验分析，验证了光学方式测量VFTO的邻设备的绝缘损坏。电力设备的电压等级越高，其可行性。绝缘裕度就会越低，VFTO造成危害的可能性也就会越大［8鄄14］1传感器设计。由于VF

5、TO仿真模型还不完善，难以给出准确的计算结果，因此需要进行VFTO测量。1.1传感器原理近年来，很多研究机构都对GIS内部VFTO测VFTO光学测量技术的原理是依据Pockels效量技术进行了研究［15鄄22］，主要有微积分法和电容分应，Pockels效应是指某些晶体材料在外加电场作用压法。西安交通大学采用在盆式绝缘子表面加装测下，其折射率随外加电场发生变化的一种现象，亦称量电极，再通过微积分电路的方法测量引出信号。为线性电光效应［24］。利用偏振光在外电场的作用下该方法测量安装方便，对现场运行没有影响，

6、但是要经过Pockels晶体时，其偏振角度将发生变化的原求盆式绝缘子无金属屏蔽，因此应用受到限制。电理，通过光学元件，将相位变化转化为光强的变化，容分压窗口式传感器法［23］是在GIS手窗位置预先安从而实现待测场强值与光强值的对应。装感应电极，与GIS高压导杆之间构成一个杂散电Pockels效应原理如图1所示，发光二极管LED容，同时与GIS接地外壳构成一个电容，实现电容分通过光纤与光纤准直器的输入端连接，光纤准直器压。现有的窗口式传感器法采用绝缘膜或集中参数将入射光转变为平行光，通过起偏器形成线偏振光，

7、电容制作低压臂电容，其中绝缘膜很薄，使传感器的再经1／4波片分解为2束振动方向相互垂直、相差制作过程对手工工艺的依赖性很大，且温度和湿度为90°的线偏振光并入射到BGO晶体上，经过BGO的变化会对传感器的性能造成影响；采用集中参数晶体产生由高压电场引起的相差，最后将BGO晶体电容器制作低压臂电容的方式虽然在一定程度上提的2路出射光通过检偏器由相位变化转化成光强变高了系统稳定性，但由于其采用电容分压的原理，化，再分别通过第二光纤准直器、第三光纤准直器经收稿日期：２015－11-17；修回日期：２016-10

8、-21光纤传输至二次光学元件中。其中发光二极管LED基金项目：国家电网公司科技项目（GY71-14-080）为高辐射率小型密封的带尾纤光纤中心波长为850ProjectsupportedbytheScienceandTechnologyProgramofSGCC（GY71鄄14鄄080）nm、频谱宽度小于70μm的红外光；红外光的中心电力自动化设备第37卷隙。光纤气密引出装置的光纤引出方法采用了光纤起偏器普通光1／4波片金属化