专利名称：电子式电流互感器光纤温度补偿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流互感器，是一种用于110KV及以下电力系统中的电流参数的 测量装置，供电力系统的电气测量、继电保护装置、自动控制装置之用，尤其是一种电流互 感器的温度补偿装置。
背景技术：
电流互感器是电力系统中一个及其重要的器件，它起到测量和变换一次系统电 流、隔离一次系统高压的作用。目前电力系统大多采用传统的电磁式电流互感，技术也已经 十分成熟，其中铁芯式电流互感器以干式、油浸式和气体绝缘式等多种结构为主。但是随着 电力系统中电压等级的不断提高以及保护要求的不断完善，变电站的智能化升级改造及电 力系统向数字化方向发展，传统的电磁式电流互感器的一些问题也就日益暴露出来，主要 缺点有
(1)电磁式电流互感器含有铁芯，所以动态范围小、使用频带窄，而且存在铁磁谐振。(2) 二次侧不能开路，否则将产生的高压对设备造成�：Γ踔廖＜叭松戆踩�。(3)体积大、成本大，而且易燃、易爆。电子式电流互感器与传统的电磁式电流互感器比较主要有以下几个优点(1)电 子式电流互感器采用玻璃光纤等绝缘材料来传输信息，在强电磁环境中能够保证信号的精 确性和可靠性，具有优良的绝缘性能以及很强的抗电磁干扰性能。(2)无铁芯，消除了铁磁谐振和磁饱和等问题，而且线性度好，动态测量范围大、频 率宽、精度高。(3)体积小、成本低、重量轻、节约空间。(4)低压端无开路高压危险，没有因充油而产生的易燃和易爆炸等危险 (5)适应了计量和保护数字化以及微机化和自动化发展的潮流。针对以上这些电子式电流互感器所表现出来的突出优越性，可以看出电子式电流 互感器是大势所趋，是传统的电流互感器的理想替代品。目前较有应用前景的是有源型电子式电流互感器，已经有较多不同电压等级的有 源型电子式电流互感器处于挂网试运行阶段。电子式电流互感器是一种高精度的电子测量装置，目前还存在着大量需要完善的 问题，如总体精度问题，高压端的供电问题，可靠性问题等等，期中环境温度对精度及整机 性能的影响是大家共同关心的问题。1IOKV以上的高压电子式电流互感器一般都安装在室外，运行条件十分恶劣，一年 四季温差很大，可达-30° C到+60° C，造成Rogowski线圈的骨架、线圈的膨胀或收缩，从 而对测量精度造成影响，温度的变化对电子转换单元、光纤传送单元也造成测量精度上的 影响。因此对温度变化造成的测量误差，需要进行系统性地补偿，从事电子式电流互感器研 究的科研人员一直很重视，但由于电子式电流互感器的特殊性，一直没有找到较好的办法。
发明内容
为了克服已有的电子式电流互感器的不能有效进行温度测量并进行温度补偿的 不足，本发明提供一种能有效测量温度并进行测量值温度补偿的电子式电流互感器光纤温 度补偿器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种电子式电流互感器光纤温度补偿器，所述电流互感器包括套装在待测线路上的电 流测量线圈和取能线圈，所述电流测量线圈依次连接积分放大�？�、A/D转换�？楹偷谝� E/0转换�？椋龅谝� E/0转换模块通过光纤连接第一 0/E转换�？椋龅谝� 0/E转换 �？榱拥缌髟怂隳？椋龅缌髟怂隳？榱油娇刂颇？椋鐾娇刂颇？榱拥� 二 E/0转换�？椋龅诙� E/0转换�？橥ü庀肆拥诙� 0/E转换�？椋龅诙� 0/E转 换�？榱铀鯝/D转换�？椋鋈∧芟迪呷α铀鲂〉缭矗鲂〉缭戳铀� 述积分放大�？�、A/D转换�？楹偷谝� E/0转换�？椋凰龉庀宋露炔钩テ靼ò氲继寮す� 器和波分复用器，所述半导体激光器与所述波分复用器连接，所述波分复用器与光纤连接， 所述波分复用器的两路后向散射光通道接口分别依次连接光电转换器、放大电路后于高速 数据采集卡连接，所述高速数据采集卡与所述电流运算模块连接，所述电流运算�？榘� 用以根据电流测量线圈信号计算电流测量值的电流测量子�？椋靡愿莨庀瞬馕录扑阄� 度的温度测量子�？椋约坝靡愿莨庀瞬馕略淼玫绞凳钡奈露戎担勒瘴露扔氩钩ハ� 数对应表，查表得到补偿系数，将补偿系数与电流值做乘积得到补偿后的电流值的温度补 偿子�？椤Ｗ魑叛〉囊恢址桨冈谒鑫露炔钩プ幽？橹校绻露戎凳粲诓钩ハ凳碇� 的点值，则选取对应的补偿系数；如果温度值属于偿系数表中两个相邻的点值之间，则采用 插值法确定补偿系数。进一步，所述波分复用器为拉曼散射用波分复用器，所述半导体激光器为脉冲激光器。本发明的技术构思为在基本不增加本装备电源负担和装备成本的前提下增加温 度补偿环节。也就是如何充分利用现有各部分组成温度补偿环节，以达到提高测量精度的 目的。经过充分研究，我们提出了利用现有光纤、半导体激光器、DSP及波分复用器等组成 一个温度补偿环节。分布式光纤测温系统主要有光时域反射(OTDR)和光频域反射(OFDR)两种技术对 空间分布的温度进行测量。光时域反射(OTDR)技术应是一项较为成熟的测量技术，其原如 图2所示。图中，传播通道T和接收通道R为同一根光纤，此处为了能清楚说明原理，故 表示成不同的两条通道。光纤总长为L，考虑距离激光源为1的光纤前端F处，长度为 dl的一段光纤。能量持续时间为Δ T的泵浦脉冲光注入光纤后，以速度ν (v=c / η，其中 C为真空中的光速，η为纤芯折射率，一般η=1. 5)在传输通道T中传输，传播到d +Λ 段一部分能量_被损耗(Qf为入射光的单位长度上的损耗系数)；一部分能量被耦 合到接收通道R，然后以速度ν回到光电探测器处(Γ为单位长度上的光后向散射系数，P 为后向散射因子)。假定光纤是均勻的，即《、Γ与光纤位置无关；同时还假定光纤在泵浦光波长和散射光波长的损耗系数相等。经过传输通道d ^1+d!段，光能量损失可表示为 dET(J")i ET(i)=-aii(1) 积分得
E T (I) = E0 exp( - al)(2)
因而从d +Λ段耦合进入接收通道的能量为 dER(I) = ρΓΞ (3)
这部分能量沿着接收通道R传播，经过距离I后到达光电探测器处，被光电探测器探 测，此时能量变为
dER (21) = ρΓΕ0 exp(-2ai)a7(4)
式( 表示能量将在t时刻到达光电探测器处，即 ￡ = 21/ν t(5)
将式(5)代入⑷得
γ
dE R {vt) = ρΤΕη εχρ( - avt ) — dt(6)
式中3 (ν )/表示+dt期间的平均功率，因此
V
p(t) = — pTEd -avt)(7)
式(7)将接收的光功率表示为时间的函数。由式(5)可知，时间的不同又对应着光纤 位置的不同，这就意味着光探测器探测到的光功率为光纤位置的函数，那么不同光纤位置1 处的光功率均可被探测器探测到。随着1逐渐增加，光纤分布待测温度场的空间分布式测量。拉曼散射的温度信号解调方法是利用后向拉曼散射温度效应当激光脉冲在光纤 中传播的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，如瑞利(Rayleigh)散射、布 里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和 光子相互作用发生能量交换而产生的，具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将 发出一个比光源波长长的光，称为Mokes光，如果一部分热振动转换成为光能，那么将发 出一个比光源波长短的光，称Anti. Mokes光。拉曼散射光就是由这两种不同波长的光组 成的，其波长的偏移由光纤组成元素的固定属性决定，因此拉曼散射光的强度与温度有关， 其关系公式(8)和公式(9)所示。Stokes 光
Is κ [---+ιμ广(8)
Anti—Stokes 光
权利要求
1.一种电子式电流互感器光纤温度补偿器，所述电流互感器包括套装在待测线路上的 电流测量线圈和取能线圈，所述电流测量线圈依次连接积分放大�？�、A/D转换模块和第一 E/0转换�？椋龅谝� E/0转换�？橥ü庀肆拥谝� 0/E转换�？椋龅谝� 0/E转换 �？榱拥缌髟怂隳？椋龅缌髟怂隳？榱油娇刂颇？椋鐾娇刂颇？榱拥� 二 E/0转换�？椋龅诙� E/0转换�？橥ü庀肆拥诙� 0/E转换�？椋龅诙� 0/E转 换�？榱铀鯝/D转换�？椋鋈∧芟迪呷α铀鲂〉缭矗鲂〉缭戳铀� 述积分放大�？椤/D转换�？楹偷谝� E/0转换�？椋黄涮卣髟谟谒龉庀宋露炔钩テ靼� 括半导体激光器和波分复用器，所述半导体激光器与所述波分复用器连接，所述波分复用 器与光纤连接，所述波分复用器的两路后向散射光通道接口分别依次连接光电转换器、放 大电路后于高速数据采集卡连接，所述高速数据采集卡与所述电流运算模块连接，所述电 流运算�？榘ㄓ靡愿莸缌鞑饬肯呷π藕偶扑愕缌鞑饬恐档牡缌鞑饬孔幽？椋靡愿� 光纤测温计算温度的温度测量子�？椋约坝靡愿莨庀瞬馕略淼玫绞凳钡奈露戎担� 照温度与补偿系数对应表，查表得到补偿系数，将补偿系数与电流值做乘积得到补偿后的 电流值的温度补偿子�？�。
2.如权利要求1所述的电子式电流互感器光纤温度补偿器，其特征在于在所述温度 补偿子�？橹校绻露戎凳粲诓钩ハ凳碇械牡阒担蜓∪《杂Φ牟钩ハ凳蝗绻露戎� 属于偿系数表中两个相邻的点值之间，则采用插值法确定补偿系数。
3.如权利要求1或2所述的电子式电流互感器光纤温度补偿器，其特征在于所述波 分复用器为拉曼散射用波分复用器，所述半导体激光器为脉冲激光器。
全文摘要
一种电子式电流互感器光纤温度补偿器，电流互感器包括套装在待测线路上的电流测量线圈和取能线圈，电流测量线圈依次连接积分放大�？椤/D转换�？楹偷谝籈/O转换模块，第一E/O转换�？橥ü庀肆拥谝籓/E转换�？椋谝籓/E转换�？榱拥缌髟怂隳？椋缌髟怂隳？榱油娇刂颇？椋∧芟迪呷α有〉缭矗〉缭戳踊址糯竽？�、A/D转换模块和第一E/O转换�？椋话氲继寮す馄饔氩ǚ指从闷髁樱ǚ指从闷饔牍庀肆樱ǚ指从闷鞯牧铰泛笙蛏⑸涔馔ǖ澜涌诜直鹨来瘟庸獾缱黄鳌⒎糯蟮缏泛笥诟咚偈莶杉樱咚偈莶杉ㄓ氲缌髟怂隳？榱�。本发明能有效测量温度并对测量电流值进行温度补偿。
文档编号G01R15/18GK102072980SQ20101056170
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者郑慧, 陈明军, 陈继煌, 黄飞腾 申请人:浙江工业大学
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