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1、 序 光纤传感器的一般原理 光波的几个特征参数：振幅、相位、偏振态、波 长，实际便于测量的是光强。 光波在光纤内传输时，受到周围因素（温度，应 力，磁场、电场等）的作用，会引起光波特征参 数的改变。 通过抑制非测量量的作用，根据输出光波来反算 被测物理量的变化。 光纤传感器按照光纤所起作用分类 传感型：敏感+传光，全光纤电流传感器 传光型： 其它敏感元件测量，光纤数据传输。注 意光通讯不属于此类。如磁光玻璃电流传感器、 电压传感器 电子式互感器的概念 以输出方式定义：有合并单元，有数字光信 号输出，模拟量输出可选。与敏感原理无关 。 光学电流和电压互感器也属于电子式互感器 ，合并单元及其其后的
2、应用相同。 第一部分 OCT介绍 1、概述 2、工作原理 3、特点 磁饱和导致暂态大电流无法测量 绝缘结构在高电压时体积大、成本高 油气爆炸风险，二次开路导致的高压 二次负载对精度有影响，输出没有数字化 新型互感器的研发试图解决新型互感器的研发试图解决 电磁式电流互感器存在的不足：电磁式电流互感器存在的不足： OCT介绍概述 OCT（光CT）即光学电流互感器。 国内对OCT的定义比较模糊 只要用到光纤的CT都称为OCT，其实不然，只有通过 法拉第磁光效应对电流进行测量的才是真正的OCT。 电流互感器电流互感器的基本分类的基本分类 按按 传传 感感 原原 理理 法拉第磁光 效应（1846 提出）
3、 法拉第电磁 感应（1886 年专利） 磁光玻璃式 全光纤式 铁芯互感式 低功率线圈式（LPCT） 空心线圈式（RCT）(Rogowsgi线圈)(1912年) OCT介绍工作原理 磁光法拉第效应 1845年，法拉第发现，当一 块玻璃被置于强磁场中时 ，它会具有光学活性。 当一束线偏振光沿着与磁 场平行的方向通过这块玻 璃时，线偏振光的振动平 面将产生偏转F。 OCT介绍工作原理 安培环路定理 如果敏感路径是闭合环路，将遵守安培环路定律 于是环路下的法拉第相角的大小 OCT介绍概述 OCT的结构形式 OCT介绍工作原理 磁光玻璃式OCT工作原理 光源-偏振器，偏振器将光波转化 为线偏振光进入磁光
4、玻璃； 在电流产生的磁场的作用下，线偏 振光的方位角会发生偏转，在磁光 玻璃的输出端放置一个检偏器，当 偏振光方位角发生改变时，透过检 偏器的光强随之改变； 输出光经过传输光纤到达低压侧的 探测器，利用二次处理系统可以对 探测器输出进行采集，从而得到对 应的电流值。 OCT介绍工作原理 优点是实现简单，数字处理 较为容易； 缺点是它采用开环工作模式 ，由于偏振光方位角与输出 光强对应关系为正弦函数， 随着测量范围的增加，非线 性误差增大。 OCT介绍工作原理 全光纤式OCT的敏感原理 相比磁光玻璃式OCT来说， 全光纤式OCT的光路要复杂 的多。 敏感光路虽然也是利用磁光 法拉第效应，但不是简
5、单地 检测一束线偏振光的偏转角 ，而是通过检测两束圆偏振 光（一束左旋，一束右旋） 的光程差来获取磁场（或电 流）大小的。 1A电流引起的光程差为0.1nm ，必须通过干涉的方法来测 量。 OCT介绍工作原理 全光纤式OCT工作原理 光源-耦合器-偏振器，光波转化为线 偏振光，并45度进入相位调制器， 在相位调制器上施加调制，两束受到调 制的光波进入了光纤线圈， 在电流产生的磁场的作用下，两束光波 之间产生正比于载体电流的相位角，经 反射镜反射后两束光波返回到相位调制 器、偏振器、耦合器，最后进入光电探 测器， 输出的电压信号被信号处理电路接收并 运算，运算结果通过数字接口输出。 OCT介绍工
6、作原理 全光纤OCT的闭环控制原理框图 采用闭环控制技术可以将测量范围大大提高 高带宽高带宽 由于光通过传感器部分只需要s级时间，因而频 带宽度完全由信号处理部分电子线路响应速度决定 ；可达10kHz。 能够实现准确的暂态电流测量、电能质量分析、 故障录波等 OCTOCT的共同优点的共同优点 各类互感器频率特性对比各类互感器频率特性对比 绝缘方式简单绝缘方式简单 一、二次侧的信号传递依靠光纤，绝缘易于实现 电压等级越高，优势也越明显 OCTOCT的共同优点的共同优点 安全性高、绿色环保安全性高、绿色环保 无二次开路危险、无爆炸危险 耗材少、运输成本低、占地面积少、安装维护简单 OCT OCT的
7、共同优点的共同优点 敏感环安装方式灵活敏感环安装方式灵活 敏感头柔性设计，安装方式灵活，可以轻松实现与隔 离开关、GIS开关、断路器、变压器等设备的集成安装 无附加动稳定和热稳定问题 FOCTFOCT的特有优点的特有优点 OCT介绍应用方式 很容易与GIS等设备进行集成，110kV GIS110kV GIS上三相一体式安装上三相一体式安装 抗环境电磁干扰能力强抗环境电磁干扰能力强 抗电磁干扰能力强 其偏心安装、套筒外安装等方式均不影响使用精度 FOCTFOCT的特有优点的特有优点 测量精度高测量精度高 计量精度满足0.2S准确级要求 保护精度远优于5P 宽动态范围宽动态范围 在1%-200%额
8、定电流范围内满足计量精度 在200kA范围内满足保护精度要求 采用闭环控制技术带来的优点 FOCTFOCT的特有优点的特有优点 抗可同时精确测量交、直流，满足谐 波准确度测量的要求； 光路全部采用光纤熔接技术，工艺性好 。 FOCTFOCT的特有优点的特有优点 国内外光学国内外光学CTCT发展现状发展现状 国外发展现状国外发展现状 ABBABB 20052005年光纤式用于电解铝等年光纤式用于电解铝等50kA50kA低压直流测试。低压直流测试。 AREVAAREVA，磁光玻璃磁光玻璃1992-2007 151992-2007 15年年 7070相相 NxtphaseNxtphase，光纤式，光
9、纤式，2000-2006 62000-2006 6年间年间3030个站采用，个站采用， 已被已被AREVAAREVA并购。并购。 国内外光学国内外光学CTCT发展现状发展现状 国内发展现状国内发展现状 高校学术探索高校学术探索 企业研究企业研究 磁光玻璃式OCT，组合式磁光玻璃式OCT， 全光纤电子式电流互感器 最难的全光纤电流互感器已经有企业突破，跻身世界先进行列最难的全光纤电流互感器已经有企业突破，跻身世界先进行列 通过了型式试验，准确度达到0.2级，0.2S，0.1级 实现了两个110kV整站的商用 OCT代表未来的发展方向 OCT介绍问题 运行经验少，长期稳定性和可靠性有待运行考 验，
10、用户的信心建立在产品的使用情况上。需 要用户与设备制造商一起努力来推动新技术的 发展。 使用起点高，需要和配套的数字计量系统和保 护系统配合使用才能发挥优势。 安装和使用尽管简单，但工作人员更熟悉运行 了几十年的传统设备，配套运行规程需调整。 OCT介绍特点 有待各方共同的工作解决 配套的检定方法 配套的标准 配套的设计等规程 第二部分 OPT介绍 1、概述 2、工作原理 3、特点 OVT介绍概述 OVT也称为OPT（光PT），利用光学的方 法来测量电场，间接达到测量电压信号。 近十几年来，有许多国家的研究机构纷纷加 入了OVT的研究开发行列。 目前，只有Nxtphase、ABB有相关产品化的
11、 报道。 难度要比OCT大。 OVT介绍概述 OVT的分类 国内外关于OVT的主流方案主有两种。 逆压电效应型 泡克尔斯（Pockers）效应型 OVT介绍概述 ABB重点研究逆压电效应型OVT NxtPhase重点研究泡克尔斯效应型OVT OVT介绍概述 从国外公司研究的产品化进程来看，泡克尔 斯OVT比逆压电效应OVT更加有优势。 国内有少数几家高校对两种效应的OVT进行 了一些探索性研究，并取得了一些研究成果 。但是，在产品的工程化方面还存在很大的 差距，迫切需要由工程单位进行有效的产品 化研究。 OVT介绍工作原理 逆压电效应 当压电晶体受到外加电场作用 时，晶体除了产生极化现象以 外
12、，同时形状也将产生微小变 化，即产生应变，这种现象称 为逆压电效应。若将逆压电效 应引起的晶体形变转化为光信 号的调制并检测光信号，则可 实现电场(或电压)的光学传感。 电压引起的相位差： KNU OVT介绍工作原理 泡克尔斯（Pockels）效应 当光波通过晶体时，在两个轴上光波之间的相 位差会随着电压（或电场）改变。干涉后的合 成波偏振态会发生变化，无电压时为圆偏振， 有电压时为椭圆偏振，偏振度大小与两束光的 相位差有关。 通过检测相位差 就可以得到被测电压，但是直 接测量相位是很困难的，必须通过干涉后检测 功率变化来计算相位差，从而计算得出电压。 相位差与施加电压的关系如下： OVT介绍
13、特点 OVT的优点： 1）绝缘性能好，用来做传感材料的磁光玻璃（或光纤 ）、传输信号的光纤都是良好的绝缘材料； 2）测量频带宽，可以达到1kHz以上； 3）不存在铁磁谐振等问题； 4）体积小，重量轻，节能环保，无需充油； 5）适应了电力保护和计量的数字化、自动化及光通信 的发展趋势。 OVT介绍特点 OVT存在的问题： 1）研制难度大，对材料稳定性要求高； 2）间接利用了电场分压，环节多，设计难度较 大； 3）长期稳定性有待验证。 总结 光学互感器是智能电网中关键的测量元件，关系到电 网的保护和电能计量。 研发的单位正加快速度，形成竞争态势； 用户给予了关注和试用支持。主管部门给予的支持尤 其重要。 我国的光学互感器的应用赶超世界先进水平指日可待 。 欢迎您提出宝贵意见和建议 谢谢！
