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。     

全光纤电流互感器的温度误差补偿技术

分析了全光纤电流互感器（FOCT）温度误差的主要来源,理论计算了温度变化下光纤λ/4波片与维尔德（Verdet）常数引入的误差,提出了一种温度误差补偿技术。通过在制作光纤λ/4波片时选择合适的初始相位延迟角,使λ/4波片引入误差与维尔德常数引入误差正好相反,从而达到相互补偿的目的。试验结果表明,通过补偿,FOCT能够满...     

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。     

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。     

反射式光纤电流互感器光波偏振态相互转换过程中的误差特性

反射式光纤电流互感器是建立在光波偏振理论基础上的光学精密仪器,光波线偏振态与圆偏振态相互转化过程中/4波片、光纤感应头、反射镜等关键部件均会导致光波偏振误差。非理想的光波偏振特性引起光波偏振态随机耦合误差,造成偏振光波之间的串扰,导致光纤电流互感器测量精度误差。针对光纤电流互感器光波线偏振态与圆偏振态相互转化过程中的光波偏振误差特性,采用庞加莱球理论及Jones矩阵建立光纤电流互感器光波偏振模型,分析光纤电流互感器中线偏振态及圆偏振态演变过程;以光纤电流互感器光波偏振模型为基础,研究/4波片、90°相位延迟、传感光纤双折射、反射相位等主要环节对光纤电流互感器测量精度及线性度的影响,仿真并量化各种误差对R-FOCT性能的影响。     

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.     

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。     

全光纤电流互感器传感机理建模分析

该文针对全光纤电流互感器测量精度受各种内外部因素影响的问题,建立全光纤电流互感器微元传感单元的分布参数模型,从本质上解释传感单元中线性双折射的产生机理,即极化率张量对角元不相等的作用结果;并结合光电转化的数学模型得到全光纤电流互感器的开环机理,提出提高全光纤电流互感器(fiber-optical current transformer,FOCT)测量精度的方法:采用新型传感材料或新型传感头结构及引入反馈信号构建闭环结构。采用COMSOL有限元数值分析方法,实现光场和磁场的耦合。分析双折射、被测电流、纤芯折射率、光纤的弯曲半径对测量结果的影响。研究表明,线性双折射是由传感材料的折射率变化引起,会降低测量灵敏度;同一双折射,在不同的外界条件(如被测电流)下,对测量结果的影响不同;对于不同的纤芯折射率,折射率越小,传输相同距离后,旋转角越大;微元传感单元中由弯曲半径引起的线性双折射较小,通常可采用分段补偿法,得到理想的Faraday旋转角;最后通过仿真分析与现有经典公式的比较,验证分布参数模型的有效性,为后续FOCT传感单元中的光场、磁场、温度场、应力场等复杂的多物理场耦合提供模型基础。     

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。     

全光纤电流互感器受导体偏心影响的机理

针对全光纤电流互感器受导体偏心影响的问题,在光学电流互感器传感部分的分布参数模型的基础上,建立了与之对应的全光纤电流互感器传感环分布参数模型。基于传感环的分布参数模型提出了全光纤电流互感器受导体偏心影响的产生机理,该机理揭示了全光纤电流互感器受到导体偏心影响的原因,即为传感光纤中的线性双折射和传感环上不均匀磁场的共同作用。同时,分析了被测导体偏心对测量准确度的影响,得出偏心只会影响全光纤电流互感器比差的大小而不会影响线性度的结论。实验结果与理论分析一致,表明所提出的理论和结论的正确性。     

正弦波调制FOCT调制回路故障对探测器输出特性影响

为探究全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)调制回路故障对探测器输出信号影响,便于故障预测与故障诊断,文中首先建立包含光电回路相位延迟的正弦波调制FOCT输出信号数学模型,给出调制深度与驱动电压、二次谐波、四次谐波的数学关系式,分析定目标值调制器闭环调制、解调的基本方法。在此基础上通过建立数学模型分析调制深度对探测器输出光强峰值、平均光强、二次谐波、四次谐波的影响。据此提出发生调制回路故障时调制深度降低是导致探测器输出信号异常的关键因素,探测器输出平均光强增大、四次谐波降低、二次/四次谐波比值增加应作为调制回路故障的典型特征。最后开展实际FOCT模拟试验证明理论研究的有效性。     

基于伯格算法的双马赫-曾德干涉光纤传感系统

针对双马赫-曾德干涉型光纤振动传感系统定位误差较大的问题,提出了一种基于伯格算法的振动定位方法。 利用频 谱分析法比较伯格算法与快速傅里叶变换算法在不同频数下的能量特征,通过能量比计算确定最优频数,并进行伯格算法最优 阶数的选值分析。 在最优频数与最优阶数条件下提取特征数据帧,通过互相关计算获取双路振动信号之间的时延,进而获得振 动位置。 在双马赫-曾德干涉光纤振动传感系统中,开展了振动定位实验研究。 实验结果表明,在 2. 2 km 的传感光纤上,本方 法能顺利提取出振动信号频率的特征数据帧,且振动定位绝对误差为 7. 3 m,为提升双马赫-曾德干涉光纤传感系统定位精度提 供了新方法。     

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。     

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统的应用

介绍了分布式光纤传感的基本原理,对布里渊光强与温度和应变之间的关系进行了仿真,设计了基于自发布里渊散射的光纤传感系统,对G.652光纤进行了加热和受拉力状态下的试验,并对采集的信号进行了分析,验证了光强度与温度和拉力的关系;探讨了分布式光纤传感系统的应用前景。     

全光纤式光学电流互感器技术及工程应用

介绍了全光纤电流互感器（FOCT）的基本原理、主要特点,并与罗氏线圈、磁光玻璃式电流互感器进行了较为详细的对比。分析了FOCT的广泛应用对继电保护带来的有利影响,还分析了FOCT在工程应用中所面临的主要问题,并提出了解决措施。     

闭环光纤电流互感器误差分析与实验研究

介绍了一种电力输变电网络适用的光纤电流互感器,给出了一种基于DSP+FPGA的数字闭环信号检测方法,分析了互感器光路系统主要误差源及其相应抑制措施。依据电子式电流互感器标准IEC 60044-8,设计了互感器样机的各种准确度实验。实验结果表明:在-40～60℃范围内,样机对直流和交流电流的测量变比误差均小于±0.2%;室温条件下,直流电流测量变比误差小于0.1%,系统相位延迟约129.6′;工频电流15次以内谐波测量准确度优于0.2%,51次以内优于0.5%。研制的光纤电流互感器样机计量精度已经达到实用化要求。