用于高电压环境下的光学电压电场传感器

复杂电磁环境下电量信号的采集一直是国内外研究的热点。基于BGO晶体的光电效应原理,提出了一种绝缘子串电场强度的测试方法,并开发出新型光学传感器,其具有抗干扰能力强、尺寸小、绝缘性能好等优点,具有广阔的应用前景。     

光学电场传感器的仿真与实验研究

传统电场传感器中的金属设备会对被测电场产生影响,导致测量精度下降,为此设计出光学电场传感器。本文在有限元分析软件Comsol中使用晶体微元建立了Pockels效应的模型,从微观的角度阐述Pockels效应,得到了仿真结果,并搭建了实验平台,实验晶体在频率50Hz、电场强度0~8×10~5V/m条件下进行测试,验证了仿真结果,输出与输入有良好的线性关系。本文所进行的研究可为以后光学传感技术的发展提供基础。     

一种改善光学电压互感器电光晶体内电场分布的方法

基于线性电光效应的光学电压互感器(OVT)多采用横向调制方式,其晶体内电场分布的均匀性直接影响测量的准确度和稳定性。仿真结果表明,由于晶体内电场分布不均匀,当入射光的角度和位置发生微小偏移时,积分电压误差不容忽视。为了解决这一问题,提出了一种在电光晶体上附加介质的方法,采用Ansoft Maxwell有限元软件对附加介质的BGO晶体内电场进行了仿真计算,结果表明该方法可以有效地改善电场分布,且随附加介质厚度的增加,电场分布的均匀性不断提高并趋于稳定。电光晶体附加介质后,入射光束发生0.5°小角度偏移时引起的误差由0.11%下降到0.04%,位置偏移0.1mm时引起的误差由0.3%下降到0.08%。文中通过实验验证了方法的有效性,明显地改善了晶体内电场的均匀性。     

光学电压传感器分压结构的缺陷及改进方法

现有的光学电压传感器多基于光功率检测模式,其测量范围与测量灵敏度受到电光晶体半波电压的限制。纵向调制的多片晶体叠层结构可以解决半波电压限制的问题,但仅适用于1 000 kV电压等级。此外,仿真结果表明这一结构中晶体内的电场分布极不均匀,受震动与热胀冷缩等因素的影响,光路或晶体的相互位置易产生偏移而引入积分电压误差。文中以110 kV电压等级为例,对多片晶体叠层结构进行了改进,简化了传感系统的结构,并将MgTiO₃陶瓷按照一定的要求安装在锗酸铋(BGO)晶体的外部以改善晶体的内电场分布,可以把积分电压误差从0.275%降低至0.01%以下。改进后的结构可用于各种电压等级。最后,通过实验验证了新方法的有效性。     

光学电压互感器的电场分布对测量的影响

基于Pockels效应的光学电压互感器(OTV)中电极间的电场分布对电压的测量结果影响很大。用有限元法计算了纵向和横向调制情况下用BGO晶体作为传感介质的OTV的电场分布,讨论了电场的不均匀性对测量结果的影响。计算表明:在不均匀电场中,OTV的标度因数与均匀电场条件下的估算值有出入;OTV的标度因数将随入射光线的位置和角度变化而变化,会影响测量的稳定性;纵向调制比横向调制优越,因为纵向调制利用的是对称中轴附近的电场,均匀性较好,而横向调制利用的电场将受到边缘效应的干扰。     

实现线性测量的光学电压传感器设计

设计了一种采用径向偏振光栅实现线性测量的光学电压传感器。将光学晶体的电光相位延迟角转化成环形光斑的同步旋转,由图像转换器将环形光斑转换为条形光斑,通过图像采集系统定位条形光斑暗纹的中心位置来获得被测电压值。应用琼斯矩阵证明了光斑暗纹中心位置与晶体电光相位延迟角之间的线性关系,给出了计算方法,并给出了锗酸铋(BGO)晶体和铌酸锂(LN)晶体的实验验证。结果表明该光学电压传感器的测量模式与光强无关,可直接测量172°的电光相位延迟角,测量误差小于0.5%,实现了对电压的线性测量。     

无源光纤电压传感器测量高速暂态电压

利用电光效应研制了一种无源光纤电压传感器。电光晶体传感元件材料采用铌酸锂（ＬｉＮｂＯ３），结构简单，体积小。研究采用具有内部光反馈的半导体激光光源（ＬＤ）。用格兰－汤姆棱镜作起偏和检偏器。取１２５ＭＨｚ的ＰＩＮ光电管作为光接收器件，噪声低、灵敏度高、频带宽、价格便宜。研制的低噪声放大器增益为３０ｄＢ，带宽为１００ＭＨｚ。传感器上升时间约５ｎｓ（波形有一点过冲）和７ｎｓ（波形无过冲）；测量误差约５％     

利用LiNbO3晶体电光效应测量脉冲电压

本文介绍利用ＬｉＮｂＯ３晶体的线性电光效应做成的电压、电场传感器；并利用汞润开关产生脉冲电压波。实验结果表明此传感器对测量波尾较短的脉冲电压是可行的，幅值测量线性度在３％以内。     

反射式横向调制光学电压传感器特性分析

以反射延迟器代替1/4波片构成的反射式横向调制光学电压传感器结构紧凑,便于实际应用。对Bi4Ge3O12(BGO)晶体反射式横向调制光学电压传感器进行理论分析,分析表明:将待测电压加于BGO晶体001方向,且使光沿晶体ī10方向通过时,光学电压传感器具有较好的双光路温度互补特性,传感器具有最优性能。对2种不同结构的光学电压传感器进行温度试验,试验结果验证了理论分析的正确性。     

改善纵向调制光学电压互感器内电场分布的新方法

基于纵向调制Pockels效应的光学电压互感器(OVT),其电光晶体内电场分布的均匀性对测量结果影响很大。通过对多片晶体叠层的纵向调制OVT结构进行电场仿真分析可知,由于晶体内电场分布不均匀,当晶体薄片或光路的角度发生微小偏移时,其通光路径上的积分电压误差一般为0.2%左右,接近或超出了0.2%的准确级要求。为改善其内电场分布,文中针对多片晶体叠层的纵向调制OVT结构,提出了石英介质分层法,通过ANSYS Maxwell有限元分析软件和实验验证了方法的有效性。在保证有效提高半波电压和测量灵敏度的前提下,可以使积分电压误差降低到0.05%以下,保证了0.2%的准确级要求。     

电力系统适用光学电压互感器的研究新进展

用于测量电力系统电压的光学电压互感器 (OVT)具有许多传统的电磁感应式电压互感器无法比拟的优点 ,因而具有广阔的应用前景。文中介绍了 OVT的基本原理和研究现状 ,分析比较了各种 OVT的优缺点 ,总结出几种有前景的研究方向 ,如基于 Pockels电光效应的 OVT、全光纤OVT、组合式光学电力互感器等。     

光学电压互感器的研究进展

采用光学晶体及光学纤维实现对电力系统高电压的一直是研究与发展的重要课题。本文概述了光学电压互感器的研究状况,并着重探讨了光学电压互感器衫化中存在的主要问题及今后的发展趋势。     

电压互感器与开关断口电容铁磁谐振的分析与预防

在电力系统中，由于电磁式电压互感器具有磁饱和性，使得其与开关断口电容有可能发生串联铁磁谐振。文中从理论上分析了串联铁磁谐振发生的原因，指出发生谐振时会产生过电流与过电压，从而对系统中的设备产生较大的危害。通过对南京地区以往发生的几起事故的分析，针对目前的系统状况提出了一些预防谐振的方法及谐振发生时处理的建议。     

基于电光效应的几种光纤电压传感器

本文介绍了横向调制式与纵向调制式、透射式与反射式、分压式与无分压式、分立式与组合式、单光路式与双光路式、单晶体式与双晶体式结构的光纤电压传感器的工作原理和特点     

提高光学电流互感器准确度的组合方法

根据光学电流互感器(OCT)的数学模型，得出了OCT的系统特性方框图，论证了OCT具有开环控制特性，本身难以达到测量的高精度，为此文中提出了一种新型的自适应OCT。以稳态电流参考模型和OCT为基础，应用自适应Kalman理论和小波理论，构成了模型参考自适应控制系统，消除了温度、应力等因素对OCT的影响，因而综合提高了暂态和稳态测量准确度。经实验室验证后的自适应OCT已在河北省保定市某变电站挂网试运行，在现场实际环境中进一步对自适应OCT和自适应算法进行了验证，证明了自适应OCT具有优良的性能和自适应控制及算法的正确性。     

对光纤电流传感器应用中若干问题的探讨

本文对光纤电流传感器在电力系统中的应用研究情况进行了较深入的分析概括 ,指出外界扰动和温度变化引起的双折射是引起测量误差的主要原因 ,加工困难、与目前电力系统测控装置不兼容是其广泛应用的最大障碍 ,并提出了非功能型光纤电流传感器解决问题的方法。     

光学电流传感器及其在继电保护中的应用

传统的电磁式互感器已在与微机保护的配合中暴露出许多问题，以光学电流传感器（OCT）为代表的新型变换器的出现为此提供了解决方案。文中首先将OCT与电磁式CT进行了比较，然后介绍了OCT的工作原理及其信号的检测方法；指出OCT与微机保护的接口应是数字电信号，并介绍了目前这方面工作的进展情况，OCT的应用必将对未来的保护原理、性能、及硬件产生深远的影响从而推动继电保护的发展     

电力系统适用光学电流互感器的研究新进展

用于测量电力系统电流的光学电流互感器由于具有许多传统的电磁感应式电流互感器无法比拟的优点,具有广阔的应用前景。文中给出了基于法拉第磁光效应、以光纤为介质的光学电流互感器的基本原理和研究现状,重点论述为了加快实用化进程需要加以深入研究和解决的问题,包括新型的传感材料和传感头结构的研究、克服双折射效应、与光纤通信相结合等。     

复合高压套管的电场计算和分析

高压套管电场模型长径比高 ,用ANSYS分析软件对选用环氧树脂和高温硫化硅橡胶制造的复合套管进行了2D电场分析 ,找出用 1∶3～ 1∶4场域长径比处理高长径比电场中远场问题的方法。计算表明 ,套管与法兰连接处涂刷半导体漆可使最高场强减少 33 5 %。     

光学电压互感器的设计和试验

开发了基于Bi4Ge3O12晶体的Pockels电光效应的光学电压互感器(OVT)，阐述了OVT的结构设计、传感头的工作原理及其结构。对传感头进行了温度稳定性和时间稳定性试验，当温度在0—45℃范围内，传感器的相对误差为-0．4％—0．4％；在户外运行20多天的传感器的相对误差为-0．3％—0．3％。并依据相关标准对开发的220kV OVT样机进行了准确度、绝缘性能以及电磁兼容等一系列型式试验，试验结果表明，开发的OVT样机达到了预期的设计要求。