全光纤电流互感器灵敏度特性研究

在全光纤电流互感器理想数学模型基础上,建立了全光纤电流互感器灵敏度特性数学模型,该模型揭示了单位长度线性双折射、传感环半径和光纤缠绕匝数是影响全光纤电流互感器灵敏度的3个主要因素,并得出结论:最优光纤长度时全光纤电流互感器灵敏度最高,且最优光纤长度只与单位长度线性双折射有关;全光纤电流互感器灵敏度随着光纤缠绕匝数增多而增大,且增大到最优光纤缠绕匝数时,全光纤电流互感器灵敏度最高。进而提出利用有效匝数来平衡灵敏度和光纤利用率。实验验证了理论分析结果的正确性。     

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。     

便携式光纤电流互感器误差分析及补偿方法研究

针对电解铝行业现场测试环境复杂的问题，提出了用一种便携式光纤电流互感器结构来代替传统固定光纤电流互感器。分析了温度对波片延迟度的影响，采用了一种变速旋转光纤代替传统的波片来抑制温度的影响；根据传感环柔性安装过程所导致的光路不闭合问题以及导体偏心位置进行研究，设计出一种柔性安装传感环骨架代替传统光纤环，降低不均匀磁场所带来的影响。该光纤电流互感器在-20～70℃温度下输出比差小于0.2%，同时在100～3 000 A的直流电流测试中满足0.2级的精度要求。     

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...     

双级电流互感器在一次导体偏心情况下的误差分析

本文中作者理论分析了一次导体偏心对双级电流互感器的误差影响,并借助仿真软件进行电磁场分析,对比研究了普通电流互感器和双级电流互感器在偏心情况下输出的二次电流波形,验证了双级结构对电流互感器在一次导体偏心下缓解误差影响的作用。最后搭建误差测试平台对一次导体偏心开展试验,测试数据与仿真结果趋势一致。     

基于光纤测温法的电流互感器

提出了电流-温度传感新方案,它在解决光纤电流互感器性能不稳定问题上有突出的理论优势。文中建立了电流-温度传感的数学模型,分析了暂态、稳态特性,给出了光纤电流互感器实验装置及测量结果。理论分析及实验测试表明,只要技术措施得当,采用本传感方案实现全光纤电流互感器是可行的。     

光学电流互感器关键技术研究

以光学互感器瞬时值测量的“迅捷、同步和高分辨率”为需求,对光学互感器温度特性、温度补偿技术及光学互感器抗振技术进行了研究,经过试验和对比测试分析,提出了对应的改进措施。采用反射式光路结构,以HB Spun光纤为Faraday传感材料,利用柔性支撑工艺技术制成传感光纤环,设计了全光纤电流互感器的结构方案,并优化了检测电路设计。研制了高精度、柔性结构暂态全光纤电流互感器。测试结果表明,全光纤电流互感器在-40~70 ℃全温度范围内准确度达到0.2级。     

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。     

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。     

全光纤电流互感器对线路保护的影响

主要针对适用于能源互联网中的智能电力传感设备应用情况,对智能变电站调试过程中光纤电流互感器引起的线路保护动作情况进行分析。发现SF6断路器分合时产生的振动对光纤电流互感器传变特性的影响,阐释全光纤电流互感器的原理以及继电保护中突变量元件的算法。提出优化全光纤电流互感器结构的方法,以解决全光纤电流互感器与继电保护的配合问题,确保全光纤电流互感器的安全、可靠运行。同时,为智能变电站现场调试规程的制定起到指导性作用,也为智能电力传感设备在电力系统中的推广应用积累宝贵经验。     

基于时序建模的光纤电流互感器随机噪声卡尔曼滤波方法

针对光纤电流互感器(FOCT)随机噪声特性及其对继电保护、电能计量等间隔层设备的影响,建立FOCT随机误差的时序模型,并采用滤波方法有效提高了FOCT测量精确度。首先,预处理和统计检验FOCT原始数据,获取数据随机特征;根据赤池信息准则(AIC)准则选择时间序列模型的阶次,求出模型系数建立FOCT随机误差的ARMA(2,1)模型,并检验其适用性;采用卡尔曼滤波方法对FOCT输出数据进行滤波处理。总方差分析结果表明:建立的FOCT时序模型经卡尔曼滤波后,随机噪声幅值明显减小,方差值降低了两个数量级,各项随机噪声的误差系数均下降一个数量级,采用的时序建模和卡尔曼滤波方法能有效减小FOCT的随机噪声,提高电流信息的测量精确度。     

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。     

光纤电流互感器噪声特征及建模方法研究

针对光纤电流互感器（FOCT）的随机噪声问题,借鉴光纤陀螺（FOG）的性能分析方法,分析FOCT的结构及原理,系统地探讨FOCT随机噪声的种类、噪声误差因素及噪声误差抑制措施。结合FOCT噪声所体现出的时域相干性及频域特征,引入Allan方差分析法及建模理论,辨识并量化FOCT的各项噪声误差,全面地评价FOCT性能。Allan方差分析法及建模理论在FOCT数据处理中的应用结果表明,FOCT输出数据中体现了角度随机游走、偏值不稳定性等不同特征的随机噪声,同时证明了Allan方差噪声建模理论在FOCT噪声特征分析方面的可行性。     

全光纤电流互感器PID控制算法研究

全光纤电流互感器（FOCT）克服了传统电磁式电流互感器在暂态响应方面的弱点,优化动态特性有助于提高全光纤电流互感器保护动作的快速性。全光纤电流互感器的检测电路的带宽限制了系统的闭环带宽。对于采用数字闭环方案的全光纤电流互感器,其带宽限制主要由闭环数字控制算法决定。通过理论分析、仿真及实验验证,表明在闭环控制算法中引入PID控制算法,有效提高了闭环带宽,为全光纤电流互感器在智能电网保护中的推广应用具有重要的意义。     

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。     

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。     

全光纤电流互感器白噪声特性及对测试的影响研究

白噪声是全光纤电流互感器(FOCT)的一种固有特性,使小电流下FOCT的即时电流波形显示较多毛刺的视觉效果。文中分析了FOCT白噪声来源和表征方法,研究FOCT在零输入电流下的白噪声统计特性,分析其在不同一次电流下的数据时域及频域特性,表明FOCT白噪声符合均值为零的正态分布,噪声大小与一次侧输入电流大小无关。在此基础上,深入研究白噪声对FOCT测量结果造成的影响并给出减小该影响的方法。     

利用时域波形比对的高压直流输电线路电流差动保护

高压直流输电线路电流差动保护受电容电流和数据不同步影响,选择性和速动性不高。通过对高压直流输电线路的故障特征分析发现,在时域平移一端数据,并对比差动电流的大小,可以进行区外故障数据同步的识别。对于区外故障,由于没有故障点注入电流的影响,差流在数据同步时最小,数据不同步时明显增大;对于区内故障,受故障点注入电流的影响,无论数据同步与否,差流的值总是很大。在分布参数模型下构造时域电流差动保护,利用上述差流特征可以获得区外故障实时的数据不同步时间信息,并在时域中实时调节差流和整定门槛,保证了差动保护不因区外故障数据不同步而误动。仿真验证表明所述方法能够可靠快速灵敏地识别高阻故障,不受分布电容影响,并且不需要两端数据严格同步。