全光纤电流互感器温度误差分析与温度误差补偿

全光纤电流互感器(FOCT)温度误差的主要来源是λ/4波片引起的温度误差和传感光纤维尔德常数引起的温度误差。通过综合分析环境温度对λ/4波片和维尔德常数的影响,推导出了总的温度误差与λ/4波片引起的温度误差和维尔德常数引起的温度误差之间的关系,利用曲线拟合的方法得到了λ/4波片相位延迟角初始值的合理取值为86°,搭建了FOCT温度误差测试系统对理论分析结果进行了试验验证。理论分析结果和试验测试结果都表明当λ/4波片的初始相位延迟角为86°时,在绝大部分温度变化范围内电流测量值的相对误差都小于0.2%的误差极限,实现了FOCT的温度误差补偿。     

考虑温度特性的全光纤电流互感器实时动态仿真模型

利用电力系统实时数字仿真系统(real-time digital simulator,RTDS),研究并建立了全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)的实时动态仿真模型。通过对FOCT检测系统中偏差与反馈2部分的合理简化,建立了等效的数字闭环控制系统模型;根据不同温度下,光纤Verdet常数和l/4波片相位延迟的变化规律,以及探测器接收光强关于l/4波片参数的数学模型,将可变的温度参数引入到了模型中。通过仿真试验,找到了能够补偿温度误差的l/4波片初始相位延迟角的范围,证明了所建FOCT实时动态仿真模型是合理的,能够有效模拟FOCT的稳态温度特性,且暂态特性良好,可用于对FOCT性能的深入研究及智能变电站相关设备的测试。     

基于正弦波调制的光纤电流互感器传感环误差分析

传感环由λ/4波片、传感光纤和反射镜组成,它是光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)中最重要的传感部分,因此也是FOCT最主要的误差源之一。针对正弦波调制系统中的传感环做误差分析,引入比例因子来衡量误差对系统的影响。指出:λ/4波片的45°熔接误差和相位误差对比例因子的影响是余弦关系。对传感光纤引入的误差分析显示:传感光纤的圆双折射越大、线性双折射越小,对比例因子的影响越小。相关实验也与理论分析基本吻合。     

全光纤电流互感器温度性能优化方法

论述了全光纤电流互感器(FOCT)的光路结构及其工作原理,分析了温度对FOCT性能影响的几个因素和特点:线性双折射会对光纤传感头的温度特性造成比较大的影响,圆双折射具有抵消线性双折射的特点;传感光纤Verdet常数受温度的影响,与温度具有线性关系;1/4波片误差造成的影响与温度也具有线性关系.提出了综合解决FOCT温度...     

全光纤电流互感器λ/4波片技术研究与探讨

简述了全光纤电流互感器中λ/4光纤波片的功能,研究并得出λ/4光纤波片的制作参数,分析λ/4光纤波片在全温条件下产生的温度漂移问题,并从材料选择及温度补偿技术两个方面探讨了减小温度漂移的方案,并通过实验验证了其可行性。     

光纤电流互感器λ/4波片温度误差补偿

λ/4光纤波片温度位相差误差是光纤电流互感器最主要误差源之一。本文研究偏振光在非理想波片处偏振态的变换过程,分析波片位相差温度稳定性对互感器测量准确度影响机理,导出波片温度误差模型。在互感器闭环信号检测方案基础上,通过不等占空比方波相位调制,展宽零相位差干涉尖峰值;进而应用第二A/D转换器,提取干涉结果中直流信息,以此设计波片温度误差补偿方案。实验结果表明,通过补偿,在?40～60℃范围内,互感器测量电流比变化量从±0.75%降低到了±0.25%。     

全光纤电流互感器温度误差研究

温度是影响全光纤电流互感器(FOCT)输出稳定性和长期稳定运行的主要因素之一。针对FOCT的温度误差问题,根据光纤中的相位延迟,结合FOCT的反射式Sagnac光路结构的互易性,提出了FOCT的温度误差数学模型,指出FOCT的温度误差不仅与温度偏移量相关,还与温度在某温度下的变化率相关。通过试验和仿真对该FOCT温度误差数学模型进行验证:在试验温度范围中,温度的偏移量绝对值与比差绝对值近似线性相关,并且温度变化率较大时,比差绝对值也相对较大。最后,通过温度拟合曲线补偿,使FOCT温度误差满足0.2级准确度的要求。     

全光纤电流互感器长期温度稳定特性研究

互感器的关键器件之一是λ/4波片。针对不完美λ/4波片对系统的温度补偿作用,阐述了光纤电流互感器的原理,分析了传感环的温度特性,并给出了一组实验验证,实验结果表明,在没有温度补偿算法的情况下,相位延迟约为108°的波片相对于标准的波片对比差变化范围有0.9%的改善,较大地提高了系统的性能。     

全光纤电流互感器温度特性建模分析与实验研究

建立了全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)温度特性的数学模型。该模型充分考虑传感光纤的弯曲特性,结合光纤线性双折射的分布参数模型从本质上解释了温度对线性双折射的影响机理:由于传感环的弯曲性,温度变化会导致光纤横截面上的受力不对称,进而引起线性双折射;单位长度光纤的线性双折射相位差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比。并结合光纤Verdet常数的温度特性综合量化了温度对FOCT的影响。采用COMSOL有限元分析方法实现光场、磁场、温度场、应力场的耦合并分析求解。仿真结果表明:双折射效应会使光波旋转角变小;光纤横截面上的应力差与温度变化量成正比,与光纤弯曲半径成反比;温度波动将引起线性双折射,进而使光波旋转角减小;结合Verdet常数得到了温度波动时FOCT的综合误差,与理论分析结果吻合。最后设计并搭建FOCT实验平台,进行线性度测试和温度循环测试。测试结果表明:实验误差与理论误差变化趋势基本一致;温度波动越大,FOCT误差漂移越严重,必须采取补偿措施,故提出一系列改善FOCT温度稳定性的方法。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

Sagnac型光纤电流互感器变比温度误差分析与补偿

为提高互感器的测量准确度,基于光路系统的琼斯矩阵模型,推导出了互感器归一化变比的数学表达式,并对其中的温度敏感参数进行了分析,结果表明:圆双折射不产生变比误差,足够大的圆双折射可以抑制线性双折射随温度变化造成的变比误差;相位延迟和温度系数满足一定条件的1/4波片,可以减小Verdet常数随温度变化造成的变比误差.通过螺旋缠绕传感光纤引入圆双折射来抑制线性双折射的影响,并对互感器的变比按敏感头的温度进行分段线性差值补偿,减小了变比误差.实验结果表明:在-30 ～ 70℃范围内,补偿前后互感器的变比误差由0.84％减小到0.22％,验证了补偿方法的适用性和有效性.     

光学电流互感器的关键技术

通过对光学电流互感器(OCT)的2种主要类型磁光电流互感器(MOCT)和光纤电流互感器(FOCT)的原理介绍和详细分析,指出MOCT的光学传感头加工、测量受光功率波动的影响,分析了FOCT光纤器件的非理想偏振特性,以及光纤材料的Verdet常数的补偿等关键技术和存在问题.MOCT、FOCT共同存在小电流测量时信噪比较低的问题.     

电子式电流互感器传变特性测试与分析

目前,由于缺乏有效而实用的综合测试平台,开展不同原理电子式电流互感器(ECT)在实际工况下的计量准确度和保护传变特性试验还很少。文中分析了影响ECT准确度和传变特性的关键因素和环节,研制出能够模拟不同运行负荷、环境条件、功率因数、通信异常、一次侧故障等工况下电子式互感器性能测试研究平台,开展了ECT稳态准确度测试、ECT谐波特性与频率混叠测试以及故障下的ECT暂态特性测试。对不同厂家不同原理的ECT测试,发现在稳态误差方面低功率电流互感器测量准确度以及稳定性优于全光纤电流互感器。谐波特性方面随着频率增加,低功率电流互感器的比值误差相对稳定,而罗氏线圈会增大,相位误差两者总体呈现增大趋势;各厂家ECT均存在不同程度频率混叠;全光纤电流互感器能够可靠地传变故障引起的暂态量,而低功率电流互感器在含有直流分量下易饱和,罗氏线圈电流互感器受积分环节影响很大,容易出现超差。     

基于最小二乘法的光纤互感器双路温补技术

全温范围内精度超差是制约全光纤电流互感器工程化应用的主要问题之一,针对该问题分析了全光纤电流互感器的工作原理,研究了温度对测量结果的影响,结合目前全光纤电流互感器的现场应用环境,提出了一种基于最小二乘法拟合的双路温度补偿算法,并通过实验验证了补偿算法的可行性。理论分析和实验结果表明,该算法可以在-40 ℃~70 ℃的范围内,将互感器的变比误差控制在0.2%以内,可以有效改善全光纤电流互感器在全温范围内的温度性能。     

正弦波调制的全光纤电流互感器故障机理分析

正弦波调制的全光纤电流互感器(FOCT)在直流输电工程中得到了广泛应用,但其在实际运行中故障率远高于电磁式电流互感器,严重威胁电网的安全运行。为研究FOCT的故障机理,建立了FOCT输出信号模型,分析了其调制、解调的基本方法,给出了计算被测电流时所用信号处理方法的影响因素,指出FOCT的光回路及调制回路通过改变探测器输出信号中二次谐波分量的大小而影响FOCT的工作状态,当两回路参数的改变造成二次谐波幅度低于FOCT检测要求时将导致其出现测量故障,并据此将FOCT的故障划分为光回路故障和调制回路故障。仿真计算了光回路和调制回路对二次谐波影响的基本规律,并给出了2种故障的特征差别。最后,开展了FOCT的光回路和调制回路故障模拟试验,试验结果验证了理论分析的正确性。     

比较式光学电流互感器的分析设计与试验研究

缺乏长期稳定性是光学电流互感器走向实用化、实现大面积推广的主要阻碍,针对这一问题,提出一种新补偿方案--比较式光学电流互感器。它将光学测量法与比较测量法相结合,巧妙地实现了对线性双折射和Verdet常数这两个稳定性影响因子的同时补偿。设计了双输入双输出的解调方法及相应的传感头结构和信号处理单元。这种解调方法可以更好地克服光路及电路的不一致对测量结果的影响,提升互感器的整体性能。试验结果表明：比较式光学电流互感器的线性度可达到IEC 0.2级要求;在光学电流互感器适用的220 kV以上电压等级应用场合,比较式光学电流互感器具有较好的抗干扰性能;在50 ℃温度变化范围内,普通光学电流互感器的误差变化量高达16%,而比较式光学电流互感器的误差变化仅有1%,证实了基于比较法的补偿方案的有效性。     

基于故障树分析法的全光纤电流互感器可靠性研究

全光纤电流互感器（FOCT）具有体积小、绝缘简单、无磁饱和等优点,并能更好地兼容现代数字控制和保护系统,成为电流互感器的重要发展方向。然而,目前FOCT长期运行可靠性较低,严重制约了其在数字化变电站中的推广应用。本文从电路和光路两方面全面开展了FOCT的故障树模式分析,建立了覆盖FOCT整体结构的故障模式分析体系,提取出FOCT长期运行过程中出现的主要故障模式,构建了完整的FOCT故障树,对其故障模式进行原因分析和排查,从方案设计、元器件筛选和施工工艺方面提出可靠性提升措施,并结合实际案例对所提方法进行了应用验证。研究结果可为FOCT故障分析及运行可靠性提供理论依据。     

基于CEEMDAN-ZCR的光纤电流互感器非线性误差识别

针对光纤电流互感器(FOCT)漂移、变比波动等非线性误差问题,提出了一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)-过零率(ZCR)的光纤电流互感器误差识别算法。首先,利用CEEMDAN算法对光纤电流互感器输出电流信号进行分解,得到包含非线性误差特征的固有模态分量(IMF),构成原始误差向量数据集。然后,对比不同误差下的分量数量,利用ZCR算法计算不同误差下各个IMF分量的过零率指标,用于将IMF分类。最后,根据ZCR指标呈现出的特点,将IMF分量信号分为三类,并叠加重组为三个分量,构建出分解结果数量稳定的IMF分量信号,根据不同分量的特征实现误差识别。结果表明：基于CEEMDAN-ZCR的误差识别算法能够有效的识别两种误差,其中漂移误差特征主要集中在IMF中第三层,变比误差主要集中在IMF中第二层,验证了本方法的有效性。