光学高压电压互感器传感头结构的研究

在光学高压电压互感器的设计中,互感器传感头结构参数的合理设计是光学电压互感器测量准确度和工作可靠性的保证.本文设计了基于石英晶体逆压电效应和保偏光纤模间干涉原理的高压电压互感器,并从传感头晶体材料的选择、电极形状、电极尺寸、电极间距等方面进行了研究,通过有限元仿真研究,得出不同情况下的电场分布,确定了较合理的传感头设计方法,为光学高压电压互感器的设计提供了理论依据.最后,通过实验对基于该原理的高压电压互感器进行了原理性验证.     

一种全光纤电压互感器的电场分析

全光纤电压互感器在电力系统中将有广阔的应用前景,而传感头在电压互感器中非常重要。利用石英晶体的逆压电效应设计了一种全光纤干涉式电压互感器的传感头结构,并在此基础上用有限元分析软件ANSYS对该结构的电场分布进行了二维仿真分析,得到该结构的电位和电场强度分布图,为该种结构的可行性和进一步改进提供了依据。     

基于逆压电效应和模间干涉的电压互感器设计

随着现代高压电力输送系统的发展,传统的电磁式和电容分压式互感器已暴露出越来越多的缺点。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大、抗电磁干扰以及良好的绝缘性等优点,已经得到人们的广泛重视。通过数值仿真,对椭圆芯保偏光纤模间干涉强度分布与模间相位差之间的关系进行计算分析并给出三维图,在此基础上设计了一种基于石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理实现的电压互感器。用有限元法对互感器传感头中的电场分布进行仿真计算,分析了金属电极的形状、尺寸等参数对传感头内电场分布的影响,对传感头进行了优化设计。通过试验对设计的电压互感器进行了可行性研究,表明基于该原理的电压互感器具有较好的精度和线性度。     

基于保偏光纤模间干涉的光学电压互感器

为了满足高压及超高压电网对新型电压互感器的迫切需要,研究了一种基于保偏光纤模间干涉原理的高压电压互感器。用缠绕了保偏光纤的石英晶体圆柱作为电压传感头,被测电压通过石英晶体的逆压电效应来调制保偏光纤中2个低阶线性偏振模间的相位差,进而改变模间干涉输出光强的分布,通过探测模间干涉输出光强实现对被测高电压的测量。系统通过调整压电陶瓷的驱动电压使得模间干涉静态相位差为正交状态,并采取引入参考光路的方案剔除光源强度波动对测量精度的影响。实验研究结果表明,该互感器在额定被测电压附近能够达到0.2%的测量精度,能够同时反映被测高压的幅值和相位信息,满足高压测量领域对暂态变化的测量要求。     

利用模间干涉原理的电压互感器仿真

为了满足电力工业发展对高压电压互感器的要求,设计一种新型的光纤电压互感器成为国内外的研究热点,故在理论分析光纤内光模场分布特点后用MATLAB仿真研究了光纤的模间干涉现象,给出了理想情况下LP01模和LPe1v1en模之间干涉光强的分布与光纤轴向长度变化之间的关系;在分析了石英晶体的压电特性基础上,提出了一种采用石英晶体逆压电效应和椭圆芯保偏光纤模间干涉原理的电压互感器设计方案,给出了相应的数学模型;通过仿真研究,得到了该方案的线性测量范围及调节方法。该设计方案光路结构简单,抗干扰能力强,是光学电压互感器设计的一种新思路。     

光学高压电压互感器的设计

为了满足电力工业对高压电压互感器的需求,采用了基于模间干涉原理和石英晶体的逆压电效应的方法,介绍了一种新型的光学高压电压互感器的基本结构和工作原理。该互感器是在圆柱形石英晶体上施加交流电压使其产生压电形变,使缠绕在圆柱表面的椭圆芯双模光纤中的两个传导模LP01模和LP11模的相位差发生变化,最后得到被测电压。通过实验对该互感器的设计进行了可行性研究,表明该互感器具有较好的精度和线性度,为光学电压互感器的研究提供了理论基础。该互感器信号的感应和传输都在光纤中进行,因而不需要耦合器、起偏器、电光晶体等光学元件,加工工艺简化,该系统是具有结构简单、准确度高、安全可靠、造价低等优点的互感器系统。     

光学电流互感器的稳定性研究及改善

针对目前光学电流互感器缺乏长期运行稳定性的问题,通过理论分析,总结出影响运行稳定性的主要因素在于环境温度变化导致磁光材料中线性双折射发生波动。在此基础上对现有传感头结构进行研究及改进,利用ANSOFT、ANSYS等软件搭建了能够模拟传感头在各种结构及工况条件下运作的仿真平台,并对改进后传感头进行了运行模拟。结果表明:改进式光学电流互感器传感头结构不仅能够有效提高其长期运行稳定性,且完全满足我国电力行业对于0.2级电流互感器误差的标准JJG 313—2010《测量用电流互感器检定规程》及JJG 314—2010《测量用电压互感器检定规程》的规定。     

电力系统中光学互感器的研究与评述

高可靠性和测量精确性是电力系统光学互感器实用化的前提和基础。应用电力传感光学理论,从结构模型出发,对磁光玻璃型和全光纤型光学电流互感器、电光晶体型和全光纤型光学电压互感器的实现方案进行了分类和技术比较,指出了各种方案在检测算法和制造工艺的优缺点。最后,对光学传感技术实用化需要关注的问题和研究方向进行了探讨。     

基于普克尔效应的光学电压互感器的设计和实验

随着电力系统电压等级的提高,传统电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器的缺陷如绝缘结构复杂、存在磁饱和及铁磁谐振等将日益突出。光学电压互感器可有效克服传统电压互感器的固有缺陷。设计了一种基于普克尔效应的光学电压互感器,阐述了其结构及工作原理。设计并制作了器件化的传感头以及实验用的屏蔽装置,搭建了光学电压互感器实验系统,利用数字闭环检测技术来进行输出信号的处理。常温下,互感器在0-2.5kV直流电压下的测试结果显示,互感器的输出具有良好的线性关系,表明该光学电压互感器设计方案的可行性。     

一种混合式光学电流互感器的设计

介绍了一种混合式光学电流互感器,它包含两个传感输出通道:传统采样电流传感通道和块状光学玻璃传感通道。利用采样电流传感器的高精度稳态输出对光学玻璃传感头进行跟踪系数校正,有效地提高了整个混合式光学电流互感器的稳态精度和暂态精度。本设计使得光学电流互感器的频带宽、无磁饱和等一系列优点得到充分发挥,同时具有的双输出通道也是对电力系统保护的一种冗余设计,为目前光学电流互感器的实用化提供了一种全新的思路。     

一种新型光纤电压互感器的设计

介绍了一种新型110 kV光纤电压互感器的基本原理和初步设计方案.该电压互感器基于石英晶体的逆压电效应,电压通过金属电极加在石英晶体的两端,电场方向和石英晶体纵向传感轴平行.利用2段椭圆芯双模光纤,第1段作为传感光纤缠绕在石英晶体上以感知交变电场导致的压电形变,第2段作为接收光纤跟踪Lp 01模式和LPeven 11模式之间相位差的变化.该方法源于白光干涉技术,包括2个级联的干涉仪,分别为传感干涉仪和接收干涉仪.采用780 nm,5 mW低相干多模激光二极管作为光源.讨论了互感器的参数设计,包括机械设计、双模光纤参数的研究以及传感光纤匝数的估算.最后介绍了互感器的工作条件和性能指标要求.     

Measurements of mechanical vibrations at magnetic cores of powertransformers with fiber-optic interferometric intrinsic sensor

A fiber-optic interferometric sensor with intrinsic transducer along a length of the fiber is presented for vibration measurements of the magnetic core inside an oil-filled power transformer. The sensor is designed for high sensitivity measurements into the harsh environment of electromagnetic fields, wide temperature change, and in oil immersing. This sensor allows enough sensitivity for the application, for which vibrations amplitudes are due to submicron displacements at frequencies of 100 Hz and its harmonics, in addition, the accessibility to the sensing region is guaranteed by low size immune fiber-optic cables as well as optical phase-based transducer/carrier of the sensor output. Thus, it is ideal for the requirements of the remote operation. The transducer size is a few mm in length, and is compact and rugged. Our results show that the vibrations of the elements constituting a power transformer are directly measured, improving the indirect techniques actually available. Finally, the measurements inside a medium power transformer at site are obtained for its application in electric plants     

基于光电电压互感器的电压实时相位测量方案的研究

鉴于光电电压互感器的一些优点,笔者提出了基于光电电压互感器的高压电网电压实时相位测量的方案。高压侧采用基于电光效应原理的光学传感头测量三相电压;被电压调制的光信号经光电转换、模拟信号处理及模数转换得到电压数字量,然后采用αβ坐标变换转换成正交分量,通过相位自动跟踪控制系统锁定电压相位。文中给出了相位自动跟踪系统的复频域数学模型,仿真计算表明系统在低频段具有较好地幅频特性,并且相位稳定性较好。该系统可较好的应用于高压输配电网络的监视和控制。     

新型光电式电压互感器研究

本文提出一种应用于500KV的光电式电压互感器。该互感器基于石英晶体的逆压电效应。高压经圆筒电容器分压后加到圆柱状的石英晶体上,晶体的压电形变被缠绕在晶体圆柱表面上的椭圆芯双模光纤传感,由低相干干涉仪对光纤中传播的两个空间模(LP01模和偶数LP11模)的微分光波相位的调制进行检测。该互感器除电容分压、石英晶体外,是一个全光纤的解决方案,没有准直仪、偏振片和波片等块状光学元件;进而降低了成本、提高了精度、便于规模化生产。本文给出了电压互感器的系统结构及绝缘设计,研究了互感器的性能,为高压电压互感器的应用提供了理论依据。     

谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法

为解决谐振接地配电网对地绝缘参数测量过程中电压互感器漏阻抗和中性点对地支路阻尼电阻导致的测量误差问题,提出了谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法。采用双电压互感器,通过消弧线圈内部电压互感器或零序电压互感器向配电网注入变频恒流特征信号,并从另一电压互感器测量返回的特征频率电压信号,对含阻尼电阻的零序谐振回路进行等效变换,搜索准确的系统谐振频率,实现了系统对地电容和对地泄漏电导的精确测算。该测量方法的电流注入与电压测量单元共同直接作用于对地绝缘参数支路,从原理上消除了电压互感器漏阻抗和系统阻尼电阻的影响,大幅提升了对地绝缘参数测量精度。在PSCAD/EMTDC仿真环境及某变电站10 kV侧对提出的对地绝缘参数实时测量技术进行了仿真分析与现场实验验证。分析结果表明,该方法测量精度高,不影响配电网正常供电且参数测量过程安全快捷、操作简便。     

采用牛顿环光栅的光学电压互感器相位延迟检测方法

基于非线性解调模式的光学电压互感器存在测量结果与光功率相关、电压测量范围受半波电压限制等问题。文中提出一种基于牛顿环亚波长光栅实现的线性光学电压互感器。与径向检偏光栅相比,牛顿环光栅的消光比沿径向均匀分布,可将电光相位延迟转换为光斑图像的同步旋转。四象限探测器用于对光斑图像进行定位,实现电压信号的实时线性测量。实验结果表明:该光学电压互感器的测量结果与光功率无关,对电光相位延迟的测量范围可以达到±80°,在实验室条件下准确级为0.2级。     

高压大电流坡印亭矢量原理功率变送器

高压大电流传统的测量方法是应用互感器将被测量降低到一个适当的数值，然后再利用电工仪器仪表测量。然而，由于互感器铁心的副作用，测量结果不可避免地存在死区和相角非线性误差。文中分析实现了一种新型的测量高压、大电流的功率变送器，该变送器基于坡印亭矢量原理，无铁心，还可用于测量高压配送线有功和无功功率，替代传统的互感器，可以避免互感器固有的相角非线性误差，并具有重量轻、成本低等优点。同时开发的变送器信号的二次测量装置，解决了微弱信号放大、参数计算和过程显示问题。     

电子式电流互感器对距离保护的影响及应用

分析了电流及电压互感器误差对距离保护造成的影响,说明电流及电压互感器的误差将引起距离保护阻抗测量的精确度降低,导致保护区缩短等问题。在此基础上,总结了传统的解决电流互感器误差及饱和问题的基本方法,如增大互感器变比,减小电流互感器的二次负荷,采用比相原理,增大数据窗等。但由于传统电磁式电流互感器存在的固有缺陷,很难从原理上根除其对线路保护造成的隐患。随着微机、光纤等技术的发展,新出现的电子式电流互感器是集电子技术和光学技术为一体的新型光学电流互感器,其高精度、高可靠性、宽频带、无磁饱和问题、抗干扰能力强等特点,决定了它将逐渐成为传统电磁式电流互感器的替代品。因此该文提出了采用电子式电流互感器作为距离保护的测量元件的建议,论证了采用光学电流互感器对距离保护起动元件、选相元件、阻抗元件及其他功能元件等带来的优越性。分析表明,电子式电流互感器将大大提高距离保护各元件动作准确率和可靠性。