光電互感器的原理及應(yīng)用前景

光電互感器的原理及應(yīng)用前景


光電互感器的原理及應(yīng)用前景
隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高，對(duì)電壓、電流的測量要求也在不斷提高，而互感器作為連接高壓與低壓的一種電器設(shè)備也不斷地改進(jìn)和發(fā)展，其中對(duì)于衡量互感器先進(jìn)與否的一個(gè)重要指標(biāo)就是互感器的絕緣問題。對(duì)于傳統(tǒng)的電磁式互感器來說，由于絕緣成本隨著絕緣等級(jí)的升高成指數(shù)增長，因此原有的空氣絕緣、油紙絕緣、氣體絕緣和串級(jí)絕緣已經(jīng)不能滿足超高壓設(shè)備的絕緣要求，同時(shí)傳統(tǒng)互感器存在磁飽和的問題，造成繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，而且鐵磁諧振、易燃易爆及動(dòng)態(tài)范圍小等缺點(diǎn)一直是傳統(tǒng)互感器難以克服的困難。于是，各種針對(duì)高電壓、大電流信號(hào)的測量方法便應(yīng)運(yùn)而生，其中，基于光學(xué)和電子學(xué)原理的測量方法，經(jīng)過近三十年的發(fā)展，成為相對(duì)比較成熟、最有發(fā)展前途的一種超高壓條件下的測量方法。
　　光電互感器大致可分為三大部分：高電位側(cè)信號(hào)采集處理部分、地電位側(cè)信號(hào)處理部分、高電位側(cè)電源供電部分。
　　高電位信號(hào)采集處理部分主要包含數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換以及電光轉(zhuǎn)換（ＬＥＤ）、光纖傳輸和絕緣部分。主要功能原理是將傳感器獲得的電流信號(hào)通過采集裝置輸入信號(hào)處理電路，并通過多路信號(hào)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過ＬＥＤ將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)變成光脈沖信號(hào)通過光纖傳輸給低電位側(cè)的信號(hào)接收部分。
　　地電位側(cè)信號(hào)處理部分主要有光電轉(zhuǎn)換電路（ＰＩＮ）、放大整形電路、邏輯控制電路、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路以及ＰＣ機(jī)電路等。其功能原理是將從高電位側(cè)傳遞下來的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過放大整形電路的處理后，在邏輯控制電路的作用下，將電力電網(wǎng)用戶需要的信號(hào)（一般有四種：計(jì)量用電流信號(hào)、保護(hù)用電流信號(hào)、電源電壓監(jiān)測信號(hào)和傳感頭的溫度信號(hào)）分開，經(jīng)過Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器還原成模擬信號(hào)；同時(shí)高壓端串行光信號(hào)傳到低壓側(cè)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路后得到ＤＡＴ和ＣＬＫ信號(hào)。ＤＡＴ和ＣＬＫ經(jīng)過移位寄存器將串行信號(hào)轉(zhuǎn)為并行信號(hào)，并發(fā)出中斷申請(qǐng)，ＣＰＵ響應(yīng)后將并行數(shù)據(jù)讀入。在接收完畢后，ＣＰＵ依次把數(shù)據(jù)送入緩沖器，由主控ＣＰＵ控制讀出數(shù)字信號(hào)供給用戶使用。
　　電源供電部分是系統(tǒng)的核心部分之一，由于這種光電式電流互感器的傳感頭安裝在高電位側(cè)，并且完全是由電子電路構(gòu)成，因此必須有相應(yīng)的電源提供給傳感頭的電子電路。在系統(tǒng)組成原理結(jié)構(gòu)圖中，激光器（ＬＤ）、ＬＤ驅(qū)動(dòng)電流源、光纖、光電轉(zhuǎn)換器（光電池）、ＤＣ／ＤＣ轉(zhuǎn)換器構(gòu)成了系統(tǒng)的電源供電部分。位于地電位側(cè)的激光器將光能量通過光纖傳遞到光電池中，光電池的輸出經(jīng)過ＤＣ／ＤＣ變換器后，可以獲得電子電路所需要的電源（５Ｖ或１２Ｖ等）。
　　相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁式互感器，光電互感器有明顯的優(yōu)點(diǎn)：
（１）在高電壓、大電流的測量環(huán)境中，光纖或光介質(zhì)是良好的絕緣體，它可以滿足高壓工作環(huán)境下的絕緣要求；（２）沒有傳統(tǒng)電流互感器二次開路產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn)，以及傳統(tǒng)充油電壓、電流互感器漏油、爆炸等危險(xiǎn)；（３）不會(huì)產(chǎn)生磁飽和及鐵磁共振現(xiàn)象，它尤其適用于高電壓、大電流環(huán)境下的故障診斷；（４）頻帶寬，可以從直流到幾百千赫，適用于繼電保護(hù)和諧波檢測；（５）動(dòng)態(tài)范圍大，能在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)產(chǎn)生高線性度的響應(yīng)；（６）適應(yīng)了現(xiàn)在電力系統(tǒng)的數(shù)字化信號(hào)處理要求，它還可用于以保護(hù)、監(jiān)控和測量為目的高速遙感、遙測系統(tǒng)；（７）整套測量裝置結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積?。唬ǎ福└鱾€(gè)功能模塊相對(duì)獨(dú)立，便于安裝和維護(hù)，適于網(wǎng)絡(luò)化測量。
　　經(jīng)過三十余年的發(fā)展，測量要求逐步提高，測量技術(shù)的逐漸成熟，光電互感器作為下一代互感器的主流產(chǎn)品，其不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)凸現(xiàn)出來，隨著當(dāng)前光電互感器的市場化進(jìn)程，必將帶來電力系統(tǒng)測量、保護(hù)和監(jiān)控的革命性變化。
　　光電互感器可以采用羅哥夫斯基線圈、低功率電流互感器、串聯(lián)感應(yīng)分壓器等新技術(shù)，使電流測量準(zhǔn)確度達(dá)到０．１級(jí)；電壓測量準(zhǔn)確度達(dá)到０．２級(jí)。又在結(jié)構(gòu)中采用光纖能量和信號(hào)傳輸、特種固態(tài)絕緣脂真空灌注等技術(shù)，增強(qiáng)了抗ＥＭＩ性能和絕緣性能，使可靠性大大提高。
　　通過實(shí)際運(yùn)行表明，數(shù)字式光電互感器是安全的、可靠的；其準(zhǔn)確度更高，更適合數(shù)字式二次保護(hù)測控裝置，特別在超高壓、特高壓電網(wǎng)中有特出的優(yōu)越性。加上他成本較低的優(yōu)勢(shì)，他將會(huì)有廣闊的使用前景。