专利名称：光学电流互感器及其实现抗外磁场干扰的方法
技术领域：
本发明涉及光学电流互感器及抗外磁场干扰的方法。
背景技术：
电流互感器是电力系统不可或缺的电力设备，近年来发展了多种形式的电子式电流互感器，其中，基于法拉第磁光效应原理的光学电流互感器因其卓越的性能和潜在的优势，已经成为最理想的电子式电流互感器，是电子式电流互感器发展的主要方向。按传感光路结构的不同，光学电流互感器可分为闭合光路型光学电流互感器和直通光路型光学电流互感器，其中直通光路型光学电流互感器的结构更简单、准确度和可靠性更高，因而更具应用前景。然而，直通光路型光学电流互感器是一种开环结构，其积分路径不闭合，如此便失 去了闭合环路磁场积分所特有的抗外磁场干扰的优点。交流电力系统是三相运行的系统，直通光路型光学电流互感器对相间磁场干扰无能为力从而使其抗干扰能力较差，导致测量准确度下降，甚至出现出厂检验合格的光学电流互感器产品在现场安装使用后测量准确度明显下降甚至无法使用的情况。因此，抗相间磁场干扰能力是光学电流互感器面临的一大技术难题，已经成为阻碍直通光路型光学电流互感器实际应用的重要因素。解决相间干扰问题具有相当的技术难度，国内外电流互感器的研究人员针对这一问题进行了长期大量深入的研究，综合世界范围的研究工作情况，目前解决相间干扰问题主要依靠磁屏蔽技术，其思想是依靠增加屏蔽罩等附加设备把外界干扰磁场“阻挡”在外，以此实现对外界干扰磁场的屏蔽，除此之外，目前没有更好的解决办法。磁屏蔽技术一定程度上解决了干扰磁场的问题，但是也存在不尽如人意之处，其缺点主要有(I)屏蔽效果有限，且由于屏蔽罩等属于导磁性材料易导致屏蔽罩内部磁场发生畸变；(2)结构复杂，且使用不灵活；(3)绝缘复杂，解决旧问题的同时又带来新的问题；(4)增加了电流互感器的体积与重量。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前光学电流互感器存在的屏蔽效果有限、结构复杂、绝缘复杂和体积与重量大的问题，提供一种光学电流互感器及其实现抗外磁场干扰的方法。本发明提供了两种光学电流互感器的结构，其中—种光学电流互感器，它包括光学传感单兀、信号处理单兀和多模光纤，所述光学传感单元包括m台光学电流传感器和一个绝缘托盘,m ^ 2 ;所述m台光学电流传感器为相同的直通光路型光学电流传感器，所述m台光学电流传感器的磁光玻璃沿通光方向的长度均为1，m台光学电流传感器固定在绝缘托盘上，m台光学电流传感器通过多模光纤独立输出给信号处理单元；所述光学传感单元的m台光学电流传感器组成零和御磁结构Sm ;光学传感单元的光信号输入端通过多模光纤与信号处理单元的光信号输出端连通；所述信号处理单元由LED光源、光电探测器、前置放大模块、Α/D转换模块、DSP模块和电源转换单元组成，电源转换单元的电源输入端连接在外部供电直流电源的输出端，电源转换单元的电源输出端同时连接在LED光源的电源输入端、光电探测器的电源输入端、前置放大模块的电源输入端、Α/D转换模块的电源输入端和DSP模块的电源输入端,所述LED光源的输出端为信号处理单兀的光信号输出端，光电探测器的m个输入端为信号处理单兀的m个光信号输 入端，光电探测器的输出端连接在前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端连接在Α/D转换模块的输入端，Α/D转换模块的输出端连接在DSP模块的输入端，DSP模块的输出端为信号处理单元的待测电流的输出端。本发明提供的另一种光学电流互感器，它包括光学传感单元、信号处理单元、保偏光纤和多模光纤，所述光学传感单元包括m台光学电流传感器和一个绝缘托盘，所述的m台光学电流传感器为相同的直通光路型光学电流传感器，所述的m台光学电流传感器的磁光玻璃沿通光方向的长度均为1，m台光学电流传感器固定在绝缘托盘上构成串联的拓扑关系，所述m台光学电流传感器之间采用保偏光纤连接；所述光学传感单元的m台光学电流传感器组成零和御磁结构Sm ;光学传感单元的光信号输入端通过多模光纤与信号处理单元的光信号输出端连通，光学传感单元的光信号输出端通过多模光纤与信号处理单元的光信号输入端连通；所述信号处理单元由LED光源、光电探测器、前置放大模块、Α/D转换模块、DSP模块和电源转换单元组成，电源转换单元的电源输入端连接在外部供电直流电源的输出端，电源转换单元的电源输出端同时连接在LED光源的电源输入端、光电探测器的电源输入端、前置放大模块的电源输入端、Α/D转换模块的电源输入端和DSP模块的电源输入端，所述LED光源的输出端为信号处理单兀的光信号输出端,光电探测器的输入端为信号处理单元的光信号输入端，光电探测器的输出端连接在前置放大模块的输入端，前置放大模块的输出端连接在Α/D转换模块的输入端，Α/D转换模块的输出端连接在DSP模块的输入端，DSP模块的输出端为信号处理单元的待测电流的输出端。上述两种光学电流互感器实现抗外磁场干扰的方法为使被测母线穿过光学电流互感器的中心位置，S卩被测母线位于m台光学电流传感器组成的零和御磁结构Sni中心位置，设被测母线中的电流为i，则该电流i位于零和御磁结构Sm平面坐标原点O处，根据法拉第磁光效应，线偏振光通过第k台光学电流传感器的磁光玻璃时感应待测电流i产生的法拉第旋光角Pm表不为
权利要求
1.光学电流互感器，其特征是，它包括光学传感单元(I)、信号处理单元(4)和多模光纤(3)，所述光学传感单元(I)包括m台光学电流传感器(1-1)和一个绝缘托盘(1-2)，m彡2 ;所述m台光学电流传感器(1-1)为相同的直通光路型光学电流传感器(1_1)，所述m台光学电流传感器(1-1)的磁光玻璃沿通光方向的长度均为l，m台光学电流传感器(1-1)固定在绝缘托盘(1-2)上，m台光学电流传感器(1-1)通过多模光纤(3)独立输出给信号处理单元(4);所述光学传感单元(I)的m台光学电流传感器(1-1)组成零和御磁结构Sm;光学传感单元(I)的光信号输入端通过多模光纤(3)与信号处理单元(4)的光信号输出端连通；所述信号处理单元(4)由LED光源(4-1)、光电探测器(4-2)、前置放大模块(4_3)、A/D转换模块(4-4)、DSP模块(4-5)和电源转换单元(4-6)组成，电源转换单元(4_6)的电源输入端连接在外部供电直流电源的输出端，电源转换单元(4-6)的电源输出端同时连接在LED光源(4-1)的电源输入端、光电探测器(4-2)的电源输入端、前置放大模块(4-3)的电源输入端、A/D转换模块(4-4)的电源输入端和DSP模块(4-5)的电源输入端，所述LED光源(4-1)的输出端为信号处理单元(4)的光信号输出端，光电探测器(4-2)的m个输入端为信号处理单元(4)的m个光信号输入端，光电探测器(4-2)的输出端连接在前置放大模块(4-3)的输入端，前置放大模块(4-3)的输出端连接在A/D转换模块(4-4)的输入端，A/D转换模块(4-4)的输出端连接在DSP模块(4-5)的输入端，DSP模块(4_5)的输出端为信号处理单元⑷的待测电流的输出端。
2.光学电流互感器，其特征是，它包括光学传感单元(I)、信号处理单元(4)、保偏光纤(2)和多模光纤(3)，所述光学传感单元(I)包括m台光学电流传感器(1-1)和一个绝缘托盘(1-2)，所述的m台光学电流传感器(1-1)为相同的直通光路型光学电流传感器(1-1)，所述的m台光学电流传感器(1-1)的磁光玻璃沿通光方向的长度均为l，m台光学电流传感器(1-1)固定在绝缘托盘(1-2)上构成串联的拓扑关系，所述m台光学电流传感器(1-1)之间采用保偏光纤(2)连接；所述光学传感单元(I)的m台光学电流传感器(1-1)组成零和御磁结构Sn ;光学传感单元(I)的光信号输入端通过多模光纤(3)与信号处理单元(4)的光信号输出端连通，光学传感单元(I)的光信号输出端通过多模光纤(3)与信号处理单元(4)的光信号输入端连通；所述信号处理单元(4)由LED光源(4-1)、光电探测器(4-2)、前置放大模块(4_3)、A/D转换模块(4-4)、DSP模块(4_5)和电源转换单元(4_6)组成，电源转换单元(4-6)的电源输入端连接在外部供电直流电源的输出端，电源转换单元(4-6)的电源输出端同时连接在LED光源(4-1)的电源输入端、光电探测器(4-2)的电源输入端、前置放大模块(4-3)的电源输入端、A/D转换模块(4-4)的电源输入端和DSP模块(4_5)的电源输入端，所述LED光源(4-1)的输出端为信号处理单元(4)的光信号输出端，光电探测器(4-2)的输入端为信号处理单元(4)的光信号输入端，光电探测器(4-2)的输出端连接在前置放大模块(4-3)的输入端，前置放大模块(4-3)的输出端连接在A/D转换模块(4-4)的输入端，A/D转换模块(4-4)的输出端连接在DSP模块(4-5)的输入端，DSP模块(4_5)的输出端为信号处理单元(4)的待测电流的输出端。
3.根据权利要求I或2所述光学电流互感器，其特征在于，所述零和御磁结构Sm为m条有向直线段Ik组成的m阶对称多边离散环路，k = 1，2，. . .，m ;所述有向直线段Ik为短边，且每条短边的长度均为1，相邻两个短边之间所夹的边为长边；所述离散环路满足以下两个条件一、m条长边和m条短边构成了对称2m边形，且该所述对称2m边形是一个圆内接的对称2m边形； 二、m条有向线段Ik的方向取逆或顺时针方向为正方向； 取所述零和御磁结构Sm的中心点为原点O，以原点O与零和御磁结构Sm其中一条有向线段I」中点的连线为横轴，建立零和御磁结构Sni平面坐标系，j e (1，2，...，m); 定义零和御磁结构Sm环路外的干扰电流所在位置为P点，零和御磁结构Sm平面坐标系原点O指向环外P点的位移为P线，P线与横轴的夹角为P线方位角Θ，零和御磁结构s-平面坐标系原点O向有向线段Ik张开的角度为有向线段Ik的线段角f，零和御磁结构Sm外接圆半径为R，Sm平面坐标系原点O到P点的距离为D ； 所述零和御磁结构Sm实现零和御磁具体为零和御磁结构Sm与干扰源P的位置关系满足以下等式关系
4.权利要求I或2所述光学电流互感器实现抗外磁场干扰的方法，其特征在于，所述方法为 使被测母线穿过光学电流互感器的中心位置，即被测母线位于m台光学电流传感器(1-1)组成的零和御磁结构Sni中心位置， 设被测母线中的电流为i，则该电流i位于零和御磁结构Sm平面坐标原点O处，根据法拉第磁光效应，线偏振光通过第k台光学电流传感器(1-1)的磁光玻璃时感应待测电流i产生的法拉第旋光角卿'A表不为
全文摘要
光学电流互感器及其实现抗外磁场干扰的方法，涉及光学电流互感器及抗外磁场干扰的方法，它为了解决目前光学电流互感器存在的屏蔽效果有限、结构复杂、绝缘复杂和体积与重量大的问题。光学电流互感器，包括m台光学电流传感器为直通光路型，磁光玻璃沿通光方向的长度均为l，固定在绝缘托盘上，组成零和御磁结构Sm；光学电流互感器，包括m台光学电流传感器构成串联的拓扑关系，组成零和御磁结构Sm；光学电流互感器实现抗外磁场干扰的方法为使被测母线穿过光学电流互感器的中心位置，干扰电流igr位于Sm平面环路外的P点，由m台光学电流传感器按照零和御磁结构Sm布置；实现抗外磁场干扰的方法。本发明适用于电力系统电流互感器领域。
文档编号G01R15/24GK102818919SQ20121030775
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者郭志忠, 于文斌, 张国庆, 申岩, 李深旺, 王贵忠, 路忠峰 申请人:哈尔滨工业大学