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专利名称：一种±1100kV纯光学直流电流互感器的制作方法
—种±1 IOOkV纯光学直流电流互感器
技术领域：
本发明型涉及特高压直流电流测量领域，尤其涉及一种纯光学直流电流互感器。背景技术：
高压直流输电已在我国得到了快速发展，国内目前许多直流输电系统中仍然采用传统的电磁式直流电流互感器；然现有电磁式直流电流互感器，具有以下缺点安全性能差、抗干扰能力强低、准确度低、噪音大、污染大、环保性不能、体积大、重量大等，以至于其难以应用于± IlOOkV特高压直流输电的电流测量。随着直流输电工程的快速发展，电磁式直流电流互感器的缺点也越来越明显，电力用户希望使用结构更可靠、使用和维护更简单，综合性能更优良的产品。

发明内容本发明的目的在于提供一种± IlOOkV纯光学直流电流互感器，以解决上述技术问题。为了实现上述目的，本·发明采用如下技术方案一种±1100kV纯光学直流电流互感器，包括光学电流传感头，所述光学电流传感头包括第一延迟光缆、第二延迟光缆、第一四分之一波片、第二四分之一波片、传感光纤和半波片；激光光源依次连接光纤耦合器和Y波导，波导的两个分支的尾纤分别经过第一延迟光缆和第二延迟光缆后分别与第一四分之一波片和第二四分之一波片相连；第一四分之一波片和第二四分之一波片通过传感光纤相连通，传感光纤的中部耦合有半波片，半波片将传感光纤分隔成连接第一四分之一波片的第一半传感光纤和连接第二四分之一波片的第二半传感光纤；传感光纤双线同向绕制在线圈骨架上；激光光源发出的光经光纤耦合器后一端与Y波导耦合；经Y波导输出的第一路光经过第一延迟光缆后经第一四分之一波片的线偏振光被转换成第一方向圆偏振光，然后经过第一半传感光纤，再经半波片变成第二方向圆偏振光，再经过第二半传感光纤，再经过第二四分之一波片被转换回线偏振光；经Y波导输出的第二路光经过第二延迟光缆后经过第二四分之一波片的线偏振光被转换成第二方向圆偏振光，经过第二半传感光纤，经半波片变成第一方向圆偏振光，再经过第一半传感光纤再经过第一四分之一波片被转换回线偏振光；被第一四分之一波片和第二四分之一波片转换后形成的两束线偏振光回到Y波导处时相遇发生干涉，干涉信号经光纤耦合器返回到光电探测器中。本发明进一步的改进在于Y波导用于光束的起偏、分光和相位调制。本发明进一步的改进在于所述第一方向圆偏振光和第二方向圆偏振光的方向相反；所述第一方向圆偏振光为右旋圆偏振光，第二方向圆偏振光为左旋圆偏振光；或者所述第一方向圆偏振光为左旋圆偏振光，第二方向圆偏振光为右旋圆偏振光。本发明进一步的改进在于光电探测器的输出端通过光纤连接信号采集单元，所述信号采集单元通过光纤连接合并单元。
本发明进一步的改进在于所述± IlOOkV纯光学直流电流互感器还包括壳体和硅橡胶复合绝缘子；壳体固定于硅橡胶复合绝缘子顶端，壳体通过两对半环固定于一次导体上；光学电流传感头固定在壳体上，与一次导体同轴且一次导体穿过光学电流传感头；γ波导的两个分支的尾纤置于光缆中，光缆浇注于硅橡胶复合绝缘子中；所述尾纤为保偏光纤。本发明进一步的改进在于光学电流传感头和壳体外周罩设有第一均压环；娃橡胶复合绝缘子的底部固定有第二均压环，对低压侧设备的尖角进行屏蔽，避免高压侧与低压侧之间的放电。本发明进一步的改进在于所述半波片为光纤式半波片、玻璃式半波片或者晶体式半波片。本发明进一步的改进在于所述光学电流传感头还包括上盖和下盖；所述第一延迟光缆、第二延迟光缆、第一四分之一波片、第二四分之一波片、传感光纤和半波片安装于上盖和下盖之间。本发明进一步的改进在于所述± IlOOkV纯光学直流电流互感器还包括光纤温度传感器，所述光纤温度传感器设置于上盖和下盖之间，采集传感光纤所处的环境温度，并将采集信号传输给信号采集单元。与现有技术相比，本发明有益效果在于本发明一种± IlOOkV纯光学直流电流互感器，应用于特高压直流电流测量领域，电压等级高，为±1100kV;由于采用了温控光纤(光纤温度传感器)，消除了温度对光学传感头测量精度的影响；高低压完全电气隔离，安全性能高；信号传输全程采用光纤，抗干扰性好；结构简单，安装方便，测量精度高，可达到
O.2 级。


图1为本发明± I IOOkV纯光学直流电流互感器的整体结构图；图2a为光学电流传感头的侧视图；图2b为光学电流传感头的半剖图；图2c为图2b半剖处的局部放大图；图3为光学电流传感器的原理图。
具体实施方式参照图1，本发明一种± IlOOkV纯光学直流电流互感器为直流场悬挂式电流互感器，互感器通过两对半环(半环3和半环4)悬吊在一次导体5 (母线)上，光学电流传感头2固定在壳体6上,与一次导体5同轴；壳体6与娃橡胶复合绝缘子7相连；从光学电流传感头2引出的保偏光纤置于光缆9中，并浇注于硅橡胶复合绝缘子7中实现绝缘，最后与控制室中的信号采集单元相连，信号采集单元通过普通光纤与合并单元相连。第一均压环I罩设于光学电流传感头2和壳体6外周，将光学电流传感头2、壳体6等高压侧零件屏蔽起来，改善了高压侧电场的分布，使电场更加均匀，避免了局部放电的发生；第二均压环8位于低压侧，对低压侧设备的尖角进行屏蔽，避免高压侧与低压侧之间的放电。参照图2a至图2c所示，光学电流传感头2中的传感光纤23和光纤温度传感器用上盖21和下盖22保护起来，另外，四分之一波片与半波片也集成于光学电流传感头2中。
参照图3,激光光源11发出的光经光纤I禹合器12后一端与Y波导13 f禹合。Y波导13实现起偏、分光和相位调制的功能。经Y波导13输出的第一路光经过第一延迟光缆14后经第一四分之一波片16的线偏振光被转换成右旋(左旋)圆偏振光，经过一半的传感光纤18，再经半波片110变成左旋(右旋)圆偏振光，再经过另一半传感光纤18，再经过第二四分之一波片17被转换回线偏振光-MY波导13输出的第二路光经过第二延迟光缆15后经过第二四分之一波片17的线偏振光被转换成左旋(右旋)圆偏振光,经过一半的传感光纤18，经半波片110变成右旋(左旋)圆偏振光，再经过另一半传感光纤18再经过第一四分之一波片16被转换回线偏振光；两束光波回到Y波导13处时相遇发生干涉，干涉信号经光纤耦合器12返回到光电探测器111中。其中，Y波导13的两个分支的尾纤经过第一延迟光缆14和第二延迟光缆15后分别与第一四分之一波片16和第二四分之一波片17相连。第一四分之一波片16和第二四分之一波片17通过传感光纤18相连通，传感光纤18的中部耦合有半波片110 ;传感光纤18双线同向绕制在线圈骨架19上。穿过线圈骨架19的导线(一次导体5)中无电流流过时，先经过第一四分之一波片16的光波和先经过第二四分之一波片17的光波在传感光纤18中以圆偏振态传播时光速一致，此时两束光波之间相遇时无相位差。当导线中有电流流过时，由于安培环路定理，在通电导线附近产生了感生磁场。而法拉第磁光效应的一种表现形式是沿磁场方向传播的圆偏振光的光速发生变化(变得比无法拉第效应时的光速快或慢)，圆偏振光光速变快还是变慢与圆偏振光的旋向(左右)以及光传播方向(与磁场方向相同与否)有关。当圆偏振光经过半波片时，旋向发生变化，同时光传播方向(与磁场方向是相同与否)也发生变化，因为法拉第效应光波继续以这个快或慢的光速传播。因此由相位调制器进入第一四分之一波片16的和第二四分之一波片17的光波在传感光纤18中以圆偏振态传播时光速不同，再经过四分之一波片转换回线偏振光相遇时有相位差。由法拉第效应产生的相位差。由此可知，相位差与电流大小成正比，测出某一时刻的相位差就可以知道该时刻相应的电流大小。Y波导13为Y波导多功能集成光学器件，其也可以采用分离的几个器件组成，比如起偏器、光纤耦合器和相位调制器一起来实现Y波导多功能集成光学器件的功能。半波片110可以是光纤式半波片、玻璃式半波片或者晶体式半波片。光纤温度传感器采集传感光纤所处的环境温度，并将采集信号传输给信号采集单元，信号采集单元根据传感光纤所处的环境温度对光电探测器输出的信号乘以相应的系数进行修改，以平衡温度对传感光线所采集数据的影响。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种± IlOOkV纯光学直流电流互感器，其特征在于，包括光学电流传感头(2)，所述光学电流传感头(2)包括第一延迟光缆(14)、第二延迟光缆(15)、第一四分之一波片(16)、第二四分之一波片(17)、传感光纤(18)和半波片(110);激光光源(11)依次连接光纤耦合器(12)和Y波导(13) 'Y波导(13)的两个分支的尾纤分别经过第一延迟光缆(14)和第二延迟光缆(15)后分别与第一四分之一波片(16)和第二四分之一波片(17)相连；第一四分之一波片(16)和第二四分之一波片(17)通过传感光纤(18)相连通，传感光纤(18)的中部耦合有半波片(110)，半波片(110)将传感光纤(18)分隔成连接第一四分之一波片(16)的第一半传感光纤和连接第二四分之一波片(17)的第二半传感光纤；传感光纤(18)双线同向绕制在线圈骨架(19)上；激光光源(11)发出的光经光纤耦合器(12)后一端与Y波导(13)耦合；经Y波导(13)输出的第一路光经过第一延迟光缆(14)后经第一四分之一波片(16)的线偏振光被转换成第一方向圆偏振光,然后经过第一半传感光纤,再经半波片(110)变成第二方向圆偏振光，再经过第二半传感光纤，再经过第二四分之一波片(17)被转换回线偏振光；经Y波导(13)输出的第二路光经过第二延迟光缆(15)后经过第二四分之一波片(17)的线偏振光被转换成第二方向圆偏振光，经过第二半传感光纤，经半波片(110)变成第一方向圆偏振光，再经过第一半传感光纤再经过第一四分之一波片(16)被转换回线偏振光；被第一四分之一波片(16)和第二四分之一波片(17)转换后形成的两束线偏振光回到Y波导(13)处时相遇发生干涉，干涉信号经光纤耦合器(12)返回到光电探测器(111)中。
2.根据权利要求1所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，Y波导(13)用于光束的起偏、分光和相位调制。
3.根据权利要求1所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，所述第一方向圆偏振光和第二方向圆偏振光的方向相反；所述第一方向圆偏振光为右旋圆偏振光，第二方向圆偏振光为左旋圆偏振光；或者所述第一方向圆偏振光为左旋圆偏振光，第二方向圆偏振光为右旋圆偏振光。
4.根据权利要求1所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，光电探测器(111)的输出端通过光纤连接信号采集单元，所述信号采集单元通过光纤连接合并单
5.根据权利要求1所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，所述土 I IOOkV纯光学直流电流互感器还包括壳体(6 )和硅橡胶复合绝缘子(7 );壳体(6 )固定于硅橡胶复合绝缘子(7)顶端，壳体(6)通过两对半环固定于一次导体(5)上；光学电流传感头(2)固定在壳体(6)上，与一次导体(5)同轴且一次导体(5)穿过光学电流传感头(2) ；Y波导(13)的两个分支的尾纤置于光缆(9)中，光缆(9)浇注于硅橡胶复合绝缘子(7)中；所述尾纤为保偏光纤。
6.根据权利要求5所述的一种±IlOOkV纯光学直流电流互感器,其特征在于,光学电流传感头(2 )和壳体(6 )外周罩设有第一均压环(I);硅橡胶复合绝缘子(7 )的底部固定有第二均压环(8)，对低压侧设备的尖角进行屏蔽，避免高压侧与低压侧之间的放电。
7.根据权利要求1所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，所述半波片(110)为光纤式半波片、玻璃式半波片或者晶体式半波片。
8.根据权利要求4所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，所述光学电流传感头(2)还包括上盖(21)和下盖(22);所述第一延迟光缆(14)、第二延迟光缆(15)、第一四分之一波片(16)、第二四分之一波片(17)、传感光纤(18)和半波片(110)安装于上盖(21)和下盖(22)之间。
9.根据权利要求8所述的一种±1100kV纯光学直流电流互感器，其特征在于，所述土 I IOOkV纯光学直流电流互感器还包括光纤温度传感器，所述光纤温度传感器设置于上盖(21)和下盖(22)之间，采集传感光纤(18)所处的环境温度，并将采集信号传输给信号采集单元。
全文摘要
本发明公开了一种±1100kV纯光学直流电流互感器，激光光源发出的光经光纤耦合器后一端与Y波导耦合；经Y波导输出的第一路光经过第一延迟光缆、第一四分之一波片、第一半传感光纤、半波片、第二半传感光纤、第二四分之一波片被转换回线偏振光；经Y波导输出的第二路光经过第二延迟光缆、第二四分之一波片、第二半传感光纤、半波片、第一半传感光纤、第一四分之一波片被转换回线偏振光；两束线偏振光回到Y波导处时相遇发生干涉，干涉信号经光纤耦合器返回到光电探测器中。本发明采用了温控光纤，消除了温度对光学传感头测量精度的影响；高低压完全电气隔离，安全性能高；信号传输全程采用光纤，抗干扰性好；结构简单，安装方便，测量精度高，可达到0.2级。
文档编号G01R15/24GK103048511SQ201210559748
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者张春基, 马洪义, 雷鹏, 李亮亮, 侯彦杰 申请人:中国西电电气股份有限公司