电光式光纤电压传感器温度影响及其补偿方法的研究

将BGO晶体作为光电电压传感器的敏感材料 ,对其温度特性进行了理论分析及实验研究。结果表明 :采用双光路补偿法能使BGO晶体受温度的影响大大减小 ,并且具有良好的重复性和线性 ,可实现软件补偿。经过精心设计的光电电压传感器完全可以满足实用化的要求。     

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     

光学电压传感器温度响应特性分析与实验研究

光学电压传感器面临温度稳定性问题。本文以BGO晶体的Pockels效应模型为基础,结合热光效应等推导出光学电压传感器在多物理场作用下的温度响应模型,并对输出信号进行频谱分析,得到温度对传感器输出的影响规律,即由温度引起的输出漂移属于低频分量。在卡尔曼滤波降噪的基础上,提出了一种基于频谱分析的高通滤波温度补偿方法,通过滤除低频分量提高温度稳定性,并进行标定实验和温度响应特性实验。实验结果表明,传感器在[0℃,50℃]温度范围内输出电压测量精度优于±1.79%,与同平台下BP神经网络温度补偿方法进行对比,该方法易于实现且有效地抑制了温度漂移的影响。     

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。     

基于普克尔效应光学电压互感器的研究现状与设计

介绍了基于普克尔效应光学电压互感器的基本原理,分析比较了几种常见的基于普克尔效应的光学电压互感器传感头的结构;介绍了基于普克尔效应的光学电压互感器的国内外发展现状;设计了一种基于普克尔效应的横向调制反射式光学高压互感器。     

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。     

基于同轴电容分压的光学电压互感器性能分析

电容分压型光学电压互感器易受到杂散电容的影响,另外,锗酸铋(Bi4Ge3O12,BGO)晶体在外界温度改变时,容易产生温度漂移,从而导致测量精度下降的问题。针对上述问题,首先提出了一种基于同轴电容结构的温度自愈式光学电压互感器,该互感器利用同轴电容结构替代传统的电容分压型结构,在光学信号传输的过程中,增加了一条参考光路,利用参考光路的自动校准原理,实现测量装置的温度自愈,使光学电压互感器的整体测量准确度得到提高。其次,对同轴电容所存在的几个关键问题进行了理论分析、建模与仿真,并针对这些问题,提出了有效的解决方案。仿真和实验结果证明:基于同轴电容结构的温度自愈式光学电压互感器满足IEC60044-7规定的0.2级精度要求。     

220kV自愈式光学电压互感器研制

鉴于互感器测量精度存在温漂的问题,研制了基于BGO晶体Pockels电光效应和电容分压器的自愈式光学电压互感器。该互感器采用基准源自动校准的设计方案,解决了光学电压互感器测量精度随温度漂移的问题。根据电容分压器和Pockels电光效应传感器的数学模型,阐明了传感参数实时校正原理,给出了互感器的结构设计,并根据IEC 60044-7电子式电压互感器标准对研制的光学电压互感器进行了相关试验。试验结果表明,当施加80%、100%和120%额定电压时,比差≤0.2%,角差≤±2′;当施加2%和5%额定电压时,比差≤0.3%,角差≤10′;当施加150%额定电压时,比差≤0.2%,角差≤1′。研制的互感器满足0.2级测量用要求并高于3P级保护用要求。循环温度试验中,在整个温度范围内,电压互感器比差≤0.2%,角差≤3′。机械性能测试也获得通过。     

电光晶体的Pockels效应仿真研究

结合麦克斯韦方程组建立了光在电光晶体中传播的数学模型;通过有限元仿真分别建立了铌酸锂晶体和锗酸铋晶体的物理参数模型,提出了一种通用的入射光三维波动场仿真方法,该方法将晶体内部电场分布和电光效应耦合波理论相结合,计算了在横向调制下两种晶体的Pockels效应,其结果与理论差值在10~(-5)数量级内;同时,仿真结果表明,铌酸锂晶体的Pockels效应更为明显。最后对两种不同材质的电光晶体进行了0～1 000 V直流加压实验,实验表明铌酸锂晶体的Pockels效应测量精度优于±2.9%。该方法为光学电压传感器电光晶体的选择和性能评估提供了新的研究思路与理论参考。     

基于光学电压互感器稳定性的分析与研究

在69KV～765KV的供电系统中,光学电压互感器可提供模拟量或数字量输出,适应电力系统微机化、网络化、保护和测量智能化的要求,且体积小、重量轻、无爆炸危险,是一种理想的、新型电压互感器。但受BGO晶体双折射、传感器结构以及环境温度等的影响,使光学电压互感器的稳定性下降,因此要采取有效措施,提高其工作稳定性,保证电力系统的正常运行。     

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。     

一种新型光学电流传感器结构设计与仿真研究

本文设计对称光程反射式光学电流传感器实验系统,使用COMSOL多模场耦合仿真软件对所设计的光学传感系统的传输场进行模拟仿真,得到对称光程反射式光学电流传感器对法拉第磁光效应的响应度,其理论灵敏度高于传统结构的灵敏度580倍。未来将基于所建立的实验系统对传感器的潜在应用做进一步的深入研究。     

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。     

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。     

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。     

基于压电陶瓷逆压电效应的电压信号变送原理

提出了一种采用压电陶瓷材料和反射式光纤位移传感器的新型电压信号变送原理,利用压电陶瓷材料的逆压电效应获得被测电压动态位移,再由反射式光纤位移传感器测量逆压电效应所产生的动态位移量,实现电压参量的测量.通过对其线性度、准确度和温度特性的测试,结果表明,基于新型变送原理的电压互感器在实验室环境下的测量准确度可以达到0.1级,温度特性稳定.     

一种线性测量电光相位延迟的光学电压传感器

提出了一种采用晶体劈直接线性测量电光相位延迟的新型光学电压传感器,将晶体的电光相位延迟转换为光斑条纹的移动,通过测量光斑的位移量获得相位延迟。理论上分析推导了光斑位移量与晶体电光相位延迟角之间的线性关系,给出了光斑位移量的计算方法,并进行了实验验证。实验结果表明,新型光学电压传感器能够测量的相位延迟角达到320°,线性度良好。     

不同结构光学电压互感器抗电场干扰的探讨

外电场对光学电压互感器(OpticalVoltageTransformer,OVT)的干扰与OVT的结构有关系,通光方向和电压方向不同,外电场对OVT的影响也不同。该文详细分析了外电场对OVT的横向调制和纵向调制两种基本结构的影响。针对这两种结构抗电场干扰的特点,兼顾实际高电压测量中的信号处理,提出了一种OVT传感头结构的改进措施。     

新型光学电压互感器及其信号处理的原理与算法

介绍了一种新型全电压,单晶体,纵向电光调制的光学电压互感器的内部光学结构,该互感器具有重量轻,抗电磁干扰能力强,安全等优点,通过对光学电压互感器内部原理的分析,利用磷酸二氢钾（KDP）晶体的线性电光效应,提出基于数字信号处理器（DSP）技术的实时信号处理方法,具有实时性强,精度高,数字化程度等特点,经过数字仿真和现场调度,最终应用于实际的光学电压互感器的样机中,达到了预测的性能要求。