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光电互感器的原理及应用前景

放大字体??缩小字体 发布日期:2016-04-26 浏览次数:114
光电互感器的原理及应用前景   随着电力工业的不断发展,电网电压等级的不断提高,对电压、电流的测量要求也在不断提高,而互感器作为连接高压与低压的一种电器设备也不断地改进和发展,其中对于衡量互感器先进与否的一个重要指标就是互感器的绝缘问题。对于传统的电磁式互感器来说,由于绝缘成本随着绝缘等级的升高成指数增长,因此原有的空气绝缘、油纸绝缘、气体绝缘和串级绝缘已经不能满足超高压设备的绝缘要求,同时传统互感器存在磁饱和的问题,造成继电保护装置的误动或拒动,而且铁磁谐振、易燃易爆及动态范围小等缺点一直是传统互感器难以克服的困难。于是,各种针对高电压、大电流信号的测量方法便应运而生,其中,基于光学和电子学原理的测量方法,经过近三十年的发展,成为相对比较成熟、最有发展前途的一种超高压条件下的测量方法。
  
  光电互感器大致可分为三大部分:高电位侧信号采集处理部分、地电位侧信号处理部分、高电位侧电源供电部分。
  
  高电位信号采集处理部分主要包含数据采集、信号处理、A/D转换以及电光转换(LED)、光纤传输和绝缘部分。主要功能原理是将传感器获得的电流信号通过采集装置输入信号处理电路,并通过多路信号A/D转换器转变为数字信号,通过LED将时钟和数据信号变成光脉冲信号通过光纤传输给低电位侧的信号接收部分。
  
  地电位侧信号处理部分主要有光电转换电路(PIN)、放大整形电路、逻辑控制电路、D/A转换电路以及PC机电路等。其功能原理是将从高电位侧传递下来的时钟和数据信号经过放大整形电路的处理后,在逻辑控制电路的作用下,将电力电网用户需要的信号(一般有四种:计量用电流信号、保护用电流信号、电源电压监测信号和传感头的温度信号)分开,经过D/A转换器还原成模拟信号;同时高压端串行光信号传到低压侧,经光电转换电路后得到DAT和CLK信号。DAT和CLK经过移位寄存器将串行信号转为并行信号,并发出中断申请,CPU响应后将并行数据读入。在接收完毕后,CPU依次把数据送入缓冲器,由主控CPU控制读出数字信号供给用户使用。
  
  电源供电部分是系统的核心部分之一,由于这种光电式电流互感器的传感头安装在高电位侧,并且完全是由电子电路构成,因此必须有相应的电源提供给传感头的电子电路。在系统组成原理结构图中,激光器(LD)、LD驱动电流源、光纤、光电转换器(光电池)、DC/DC转换器构成了系统的电源供电部分。位于地电位侧的激光器将光能量通过光纤传递到光电池中,光电池的输出经过DC/DC变换器后,可以获得电子电路所需要的电源(5V或12V等)。
  
  相对于传统的电磁式互感器,光电互感器有明显的优点:
  
  (1)在高电压、大电流的测量环境中,光纤或光介质是良好的绝缘体,它可以满足高压工作环境下的绝缘要求;(2)没有传统电流互感器二次开路产生高压的危险,以及传统充油电压、电流互感器漏油、爆炸等危险;(3)不会产生磁饱和及铁磁共振现象,它尤其适用于高电压、大电流环境下的故障诊断;(4)频带宽,可以从直流到几百千赫,适用于继电保护和谐波检测;(5)动态范围大,能在大的动态范围内产生高线性度的响应;(6)适应了现在电力系统的数字化信号处理要求,它还可用于以保护、监控和测量为目的高速遥感、遥测系统;(7)整套测量装置结构紧凑、重量轻、体积小;(8)各个功能模块相对独立,便于安装和维护,适于网络化测量。
  
  经过三十余年的发展,测量要求逐步提高,测量技术的逐渐成熟,光电互感器作为下一代互感器的主流产品,其不可替代的技术优势已经凸现出来,随着当前光电互感器的市场化进程,必将带来电力系统测量、保护和监控的革命性变化。
  
  光电互感器可以采用罗哥夫斯基线圈、低功率电流互感器、串联感应分压器等新技术,使电流测量准确度达到0。1级;电压测量准确度达到0。2级。又在结构中采用光纤能量和信号传输、特种固态绝缘脂真空灌注等技术,增强了抗EMI性能和绝缘性能,使可靠性大大提高。
  
  通过实际运行表明,数字式光电互感器是安全的、可靠的;其准确度更高,更适合数字式二次保护测控装置,特别在超高压、特高压电网中有特出的优越性。加上他成本较低的优势,他将会有广阔的使用前景。
  

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