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。     

光学电压互感器偏光干涉测量模式 （二）基于会聚偏光干涉原理的光学电压互感器

光学电压互感器采用偏光干涉测量模式,通过对光强的检测实现电压测量,存在测量范围小及受温漂、晶体附加双折射影响大等问题。为此,文中提出了一种基于会聚偏光干涉原理的光学电压互感器,将晶体电光相位变化转换为光斑图像的旋转角,通过测量光斑旋转角获得相位延迟。新型互感器测量模式与光强无关,可测量相位延迟为0~180°,电压测量范围不受晶体半波电压限制。文中在理论上分析推导了会聚偏光干涉图旋转角与晶体电光相位延迟角的线性关系,给出了光斑图像旋转角的读取方法,并通过实验验证了新型互感器能够测量的相位延迟角达到320°,线性度良好。     

高电压测量的几种光学传感方法

论述了几种用于高电压测量的光学传感方法,包括传光型无源光纤电压传感器、有源光纤电压传感器、全光纤电压传感器、集成光学Ｐｏｃｋ－ｅｌｓ元件光纤电压传感器、电致伸缩光纤电压传感器及其它光纤电压传感器。阐述了它们的传感原理和基本结构,说明了它们各自的特点和研究状况。     

一种提高光学电压传感器温度稳定性的方法

光学电压传感器的测量精确度易受环境温度的影响。通过设计基准电压源,使基准电压源与被测电压源串联共同作用于同一个光学电压传感器,提出一种获取自校准系数的自校准算法,通过自校准系数对光学电压传感器测量结果进行修正,实现对光学电压传感器的温度补偿。基于该方法设计了自校准光学电压传感器,并对其进行了精确度测试。测试结果表明:在?40℃~+70℃的温度范围内,自校准光学电压传感器的测量误差小于±0.12%,其温度稳定性得到了显著提高。该方法简单有效,为实现实用化的高精确度光学电压互感器提供了解决方案。     

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。     

电光效应光纤电压传感器及其在高电压测量中的应用

本文介绍了电光效应光纤电压电场传感器的结构及测量系统,并对系统设计的几个问题进行了讨论。     

一种线性测量的光纤电压传感器

本文提出了一种基于马赫-曾德尔干涉原理的光纤电压传感器,可以将电光相位延迟直接转化为干涉条纹的位移,通过定位条纹的位移量得到待测电压。本文实验验证了这一方法的有效性。该光纤电压传感器具有直接线性测量、测量方式与光强无关、测量范围不受晶体半波电压限制、原理简单、容易实现等优点,满足0.5级准确度的要求。     

电压互感器的二次电压相位测量

电压互感器的二次电压相位测量对计量与方向性保护的正确性都很重要,特别是保护方面。根据运行规程规定,110kV及以上的线路零序方向保护,在投运前均要作零序功率方向的带负荷试验。现场经常因3U。绕组接线或极性错误等问题,导致零序方向保护误动作。笔者根据自己的工作经验,提出以下看法供大家参考。     

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。     

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。     

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。     

基于模间干涉的全光纤电压传感器设计

介绍了一种新型的光纤电压传感器结构和工作原理,分析了系统中椭圆芯双模光纤的传输模式和模间相干光斑的变化,采用熔接的方式进行相干光接收来获得正交相位漂移信号,根据模间群折射率差与光程差的关系设计调整光纤的长度,依据石英晶体和空气的绝缘强度进行传感光纤匝数设计,讨论了含源零差探测法的相位跟踪原理,给出了相位检测框架图及实验结果,分析表明该设计方案能达到相位跟踪的目的。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

采用晶体劈和成像检测模式的光学电流传感器设计

传感器技术是大数据技术在电力系统应用的基础,而现有光学电流传感器(optical current sensor,OCS)基于马吕斯定律采用光强检测模式实现对法拉第旋转角的测量,导致非线性测量、动态范围小、易受线双折射和温度影响等问题。该文提出一种用晶体劈将法拉第旋转角转换为条纹的位移,并通过数字图像采集单元测量位移量,实现法拉第旋转角大范围线性测量的OCS设计方法。实验结果表明,相比传统光强检测模式,采用成像测量模式可使OCS具有光功率无关性、动态测量范围大、线性测量等优点,同时降低了温度对测量结果的影响。     

用于HVDC极线电流测量的光纤电流传感器

高压直流输电系统极线线路上的直流电流是高压直流输电系统运行、控制过程中的重要技术参数。由于直流线路中换流装置产生的叠加在直流线路上的谐波电流会干扰邻近的通信线路,这就要求电流传感器能提供准确的谐波电流信号给有源滤波器以有效地抑制谐波电流。基于此,研制了一种适用于高压环境下的光纤电流传感器,直流测量准确可靠,响应快速,谐波测量频带范围宽广,准确度高;介绍了光纤电流测量系统的原理、结构以及设计中采用的关键技术。