本發(fā)明屬于高壓輸變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電流互感器，尤其涉及一種全光纖電流互感器。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓等級的不斷提高、容量不斷增大以及智能電網(wǎng)的信息化、數(shù)字化、自動化、互動化的要求，傳統(tǒng)電磁式電流互感器已經(jīng)越來越不能滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。由于電流互感器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，為各種安全穩(wěn)定控制、繼電保護及計量裝置提供電信號，隨著國內(nèi)智能化變電站的全面建設(shè)，光學(xué)電流互感器替代傳統(tǒng)的電磁式電流互感器是必然的趨勢。

光學(xué)電流互感器分為全光纖型、塊狀玻璃型和混合型三種，其中，全光纖型和塊狀玻璃型電流互感器主要利用了光學(xué)材料的法拉第效應(yīng)。全光纖型電流互感器采用光纖作為傳感材料，具有柔軟可彎曲、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易與傳輸光纖耦合、可長距離傳輸、便于與計算機連接組成遙測網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點?，F(xiàn)有技術(shù)中的全光纖型電流互感器一般通過偏振計量技術(shù)對線偏振光的偏振態(tài)的改變達到測量電流的目的，這種測量方式中，由于光傳輸路徑存在非互易性，系統(tǒng)的測量精度易受光纖雙折射、環(huán)境溫度、振動等因素的影響，使得全光纖電流互感器長期以來在測量精度、長期運行的可靠性等方面難以滿足實際要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種全光纖電流互感器，該電流互感器的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，光學(xué)傳感環(huán)與傳輸光纖采用熔接形成同一光纖，使得光傳輸路徑具有互易性，傳感光信號在發(fā)送和接收時通過同一光纖和同一光學(xué)系統(tǒng)，并且光學(xué)傳感環(huán)采用閉合結(jié)構(gòu)，杜絕了光學(xué)傳感環(huán)外的干擾影響，有效提高了系統(tǒng)抗震動、抗干擾及抗溫度變化等性能，有效保證了其測量精度及長期運行的穩(wěn)定可靠性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種全光纖電流互感器，包括高壓絕緣殼罩、導(dǎo)電柱、光學(xué)傳感環(huán)、傳輸光纖、復(fù)合支柱絕緣子、固定基座和合并單元控制箱，所述導(dǎo)電柱和光學(xué)傳感環(huán)均設(shè)置在高壓絕緣殼罩內(nèi)，所述導(dǎo)電柱水平貫穿設(shè)置在光學(xué)傳感環(huán)的環(huán)心處，所述高壓絕緣殼罩的外部兩端對稱設(shè)有高壓導(dǎo)線接線端子，所述高壓導(dǎo)線接線端子與導(dǎo)電柱位于同一條直線上且高壓導(dǎo)線接線端子與導(dǎo)電柱電連接；所述高壓絕緣殼罩通過連接法蘭板固定安裝在復(fù)合支柱絕緣子的頂端，所述復(fù)合支柱絕緣子包括玻璃鋼傘裙和絕緣芯棒，所述傳輸光纖豎直設(shè)置在絕緣芯棒的內(nèi)腔，所述高壓絕緣殼罩的底部開口，并在連接法蘭板上開設(shè)通孔，所述光學(xué)傳感環(huán)的光纖接頭穿過連接法蘭板的通孔與傳輸光纖熔接；所述復(fù)合支柱絕緣子的底端通過連接法蘭板與固定基座固定連接，所述合并單元控制箱設(shè)置在固定基座的內(nèi)腔中，所述傳輸光纖與合并單元控制箱上的連接光纜熔接；所述合并單元控制箱內(nèi)設(shè)有光源-光纖耦合器、偏振器、光相位調(diào)制器、光電探測器和信號處理電路板，所述光源-光纖耦合器、偏振器和光相位調(diào)制器依次通過連接光纜相連接，所述光相位調(diào)制器通過連接光纜連接傳輸光纖，所述光電探測器通過連接光纜連接耦合器的光信號輸出端，所述光電探測器的電信號輸出端電連接信號處理電路板，所述信號處理電路板電連接光相位調(diào)制器。

作為本發(fā)明的一種改進， 所述高壓絕緣殼罩采用表面制備氧化陶瓷膜的鋁合金板制作而成，高壓絕緣殼罩的形狀為圓柱形，底部通過緊固螺栓與法蘭連接板固定連接而進行封口，所述光學(xué)傳感環(huán)同軸設(shè)置在高壓絕緣殼罩的內(nèi)部，所述導(dǎo)電柱和高壓導(dǎo)線接線端子均位于光學(xué)傳感環(huán)的中心軸線上。

作為本發(fā)明的一種改進，所述導(dǎo)電柱的兩端套接固定安裝在高壓絕緣殼罩上，并在導(dǎo)電柱與高壓絕緣殼罩的接觸部設(shè)有絕緣密封墊圈，所述高壓導(dǎo)線接線端子套設(shè)在矩形的絕緣殼罩內(nèi)，高壓導(dǎo)線接線端子的一端通過緊固螺釘與導(dǎo)電柱固定連接，另一端上設(shè)有多個接線柱孔，所有接線柱孔露出在絕緣殼罩的外部，并采用設(shè)置在絕緣殼罩上部的頂蓋進行密封。

作為本發(fā)明的一種改進，所述光學(xué)傳感環(huán)包括圓環(huán)形支撐座、均勻纏繞在圓環(huán)形支撐座上的V形槽的傳感光纖、熔接在傳感光纖頭部的反射鏡以及熔接在傳感光纖尾部的1/4波片，所述反射鏡與1/4波片相互對立設(shè)置，所述光纖接頭與1/4波片相連接，在V形槽內(nèi)灌封有紫外線固化膠對傳感光纖進行定位密封。

作為本發(fā)明的一種改進， 所述支撐座的底部設(shè)有固定臺板，所述固定臺板通過緊固螺釘固定安裝在設(shè)置于高壓絕緣殼罩底部的連接法蘭板上，所述固定臺板上開設(shè)有與連接法蘭板相對應(yīng)的通孔。

作為本發(fā)明的一種改進， 所述玻璃鋼傘裙采用浸潤有環(huán)氧樹脂的三維玻璃纖維布繞制而成的環(huán)狀傘裙，傘裙分為大傘裙和小傘裙，大傘裙和小傘裙等間隔套設(shè)在絕緣芯棒的外部，并且大傘裙、小傘裙與絕緣芯棒的接觸部采用環(huán)氧樹脂膠粘接，所述絕緣芯棒采用環(huán)氧樹脂塑膠模壓成型制成的空心芯棒。

作為本發(fā)明的一種改進，所述傳輸光纖采用保偏光纜，保偏光纜與絕緣芯棒之間的空腔內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂膠進行密封，通過環(huán)氧樹脂膠對傳輸光纖進行定位固定，防止其受振動的影響。

作為本發(fā)明的一種改進，所述合并單元控制箱采用鋁制矩形箱體，在箱體的側(cè)壁上開設(shè)有散熱柵格，所述光源-光纖耦合器上設(shè)有LED光源和保偏光纖耦合器，所述LED光源與保偏光纖耦合器通光纖相連接，所述信號處理電路板上設(shè)有光纖調(diào)制解調(diào)模塊、主控CPU、遠程無線通信模塊和溫度監(jiān)測模塊，所述光纖調(diào)制解調(diào)模塊、溫度監(jiān)測模塊和遠程無線通信模塊均與主控CPU相連接，所述光纖調(diào)制解調(diào)模塊與光相位調(diào)制器電連接，與溫度監(jiān)測模塊相連接的為設(shè)置在傳輸光纖端部的溫度探頭。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的全光纖電流互感器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，拆卸組裝維修更換方便，體積小、重量輕、安裝靈活、運輸安裝成本低，集測量、遠程通信及安全保護于一體，大大提高了電流檢測的精度及長期運行使用的穩(wěn)定可靠性；由于光學(xué)傳感環(huán)、傳輸光纖及連接光纜熔接成為一根光纖且輸入和輸出的光信號經(jīng)過同一個光學(xué)系統(tǒng)進行處理，形成了互易（是指兩束光信號走過同一條路徑）光路結(jié)構(gòu)，并通過反射鏡進一步使得兩束光信號在同一條路徑上嚴格同步，從而大大降低了溫度、振動對光信號傳輸?shù)挠绊?，有效提高了光信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性；通過設(shè)置在固定基座內(nèi)部的合并單元控制箱的信號處理電路板實現(xiàn)對光相位調(diào)制器進行負反饋控制，構(gòu)成一個全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效保證了整個全光纖電流互感器系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠性，實現(xiàn)了高靈敏度及大范圍的測量精度，同時也實現(xiàn)了全光纖電流互感器系統(tǒng)的遠程智能化操控，大大提高了全光纖電流互感器的使用便利性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明全光纖電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明全光纖電流互感器的工作原理框圖。

圖中：1-高壓絕緣殼罩，2-導(dǎo)電柱，3-光學(xué)傳感環(huán)，4-連接法蘭板，5-傳輸光纖，6-復(fù)合支柱絕緣子，7-連接法蘭板，8-固定基座，9-合并單元控制箱，10-高壓導(dǎo)線接線端子，11-絕緣殼罩，12-支撐座，13-V形槽，14-傳感光纖，15-固定臺板，16-反射鏡，17-1/4波片，18-傘裙，19-絕緣芯棒，20-頂蓋。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解和認識，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述和介紹。

實施例1：如圖1和2所示，一種全光纖電流互感器，包括高壓絕緣殼罩1、導(dǎo)電柱2、光學(xué)傳感環(huán)3、傳輸光纖5、復(fù)合支柱絕緣子6、固定基座8和合并單元控制箱9，所述導(dǎo)電柱2和光學(xué)傳感環(huán)3均設(shè)置在高壓絕緣殼罩1內(nèi)，所述導(dǎo)電柱2水平貫穿設(shè)置在光學(xué)傳感環(huán)3的環(huán)心處，所述高壓絕緣殼罩1的外部兩端對稱設(shè)有高壓導(dǎo)線接線端子10，所述高壓導(dǎo)線接線端子10與導(dǎo)電柱2位于同一條直線上且高壓導(dǎo)線接線端子10與導(dǎo)電柱2電連接。通過高壓導(dǎo)線接線端子10將待測載流母線與導(dǎo)電柱2電連接，從而利用光學(xué)傳感環(huán)3將待測載流母線上的電流信號感應(yīng)為傳感光信號提供給合并單元控制箱9進行檢測和計量。所述高壓絕緣殼罩1通過連接法蘭板4固定安裝在復(fù)合支柱絕緣子6的頂端，所述復(fù)合支柱絕緣子6包括玻璃鋼傘裙18和絕緣芯棒19，所述傳輸光纖5豎直設(shè)置在絕緣芯棒19的內(nèi)腔，所述高壓絕緣殼罩1的底部開口，并在連接法蘭板4上開設(shè)通孔，所述光學(xué)傳感環(huán)3的光纖接頭穿過連接法蘭板的通孔與傳輸光纖5熔融連接。所述復(fù)合支柱絕緣子6的底端通過連接法蘭板7與固定基座8固定連接，所述合并單元控制箱9設(shè)置在固定基座8的內(nèi)腔中，所述傳輸光纖5與合并單元控制箱9上的連接光纜熔融連接。這樣就將本電流互感器上的所有光纖接頭、傳輸光纖5及連接光纜連接成為同一根光纖。所述合并單元控制箱9內(nèi)設(shè)有光源-光纖耦合器、偏振器、光相位調(diào)制器、光電探測器和信號處理電路板，所述光源-光纖耦合器、偏振器和光相位調(diào)制器依次通過連接光纜相連接，所述光相位調(diào)制器通過連接光纜連接傳輸光纖5，所述光電探測器通過連接光纜連接耦合器的光信號輸出端，所述光電探測器的電信號輸出端電連接信號處理電路板，所述信號處理電路板電連接光相位調(diào)制器。本全光纖電流互感器的體積小、重量輕、安裝靈活、運輸安裝成本低，集測量、遠程通信及安全保護于一體，大大提高了電流檢測的精度及長期運行使用的穩(wěn)定可靠性。

實施例2：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述高壓絕緣殼罩1采用表面制備氧化陶瓷膜的6063鋁合金板制作而成，高壓絕緣殼罩1的形狀為圓柱形，底部通過緊固螺栓與法蘭連接板4固定連接而進行封口，高壓絕緣殼罩1的絕緣性能強，能夠使得其適用于高達110KV及以上電壓等級的智能化變電站系統(tǒng)。所述光學(xué)傳感環(huán)3同軸設(shè)置在高壓絕緣殼罩1的內(nèi)部，所述導(dǎo)電柱2和高壓導(dǎo)線接線端子10均位于光學(xué)傳感環(huán)3的中心軸線上。采用高壓絕緣殼罩1作為光學(xué)傳感環(huán)3及導(dǎo)電柱2的防護安全罩，可有效提高其安全性能，并確保測量性能的可靠性。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例1完全相同。

實施例3：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述導(dǎo)電柱2的兩端套接固定安裝在高壓絕緣殼罩1上，具體是在高壓絕緣殼罩1上開設(shè)有用于固定套接導(dǎo)電柱2的套接孔，將導(dǎo)電柱2套接在套接孔中，并在導(dǎo)電柱2與高壓絕緣殼罩1的接觸部設(shè)有絕緣密封墊圈，以增強穩(wěn)定可靠性及安全性能。導(dǎo)電柱2采用高導(dǎo)電性能的純銅材質(zhì)，在導(dǎo)電柱2的兩端部設(shè)有用于固定連接高壓導(dǎo)線接線端子10的螺紋盲孔。所述高壓導(dǎo)線接線端子10套設(shè)在矩形的絕緣殼罩11內(nèi)，高壓導(dǎo)線接線端子10的一端通過純銅材質(zhì)的緊固螺釘與導(dǎo)電柱2固定連接，另一端上設(shè)有多個接線柱孔，所有接線柱孔露出在絕緣殼罩11的外部，并采用設(shè)置在絕緣殼罩11上部的頂蓋20進行密封。將待測載流母線通過接線柱孔電連接在導(dǎo)電柱2上，使得導(dǎo)電柱2具有與待測載流母線相同的電性能特征。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例2完全相同。

實施例4：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述光學(xué)傳感環(huán)3包括圓環(huán)形支撐座12、均勻纏繞在圓環(huán)形支撐座12上的V形槽13的傳感光纖14、熔接在傳感光纖14頭部的反射鏡16以及熔接在傳感光纖14尾部的1/4波片17，所述反射鏡16與1/4波片17相互對立設(shè)置，所述光纖接頭與1/4波片17相連接，在V形槽13內(nèi)灌封有紫外線固化膠對傳感光纖14進行定位密封。此外，支撐座12采用熱膨脹系數(shù)小的非金屬材料（如陶瓷、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等）制成，可最大限度減小支撐座12的膨脹和收縮對傳感光纖14造成的應(yīng)力影響，提高全光纖電流互感器的測量準確度。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例3完全相同。

實施例5：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述支撐座12的底部設(shè)有固定臺板15，所述固定臺板15通過緊固螺釘固定安裝在設(shè)置于高壓絕緣殼罩1底部的連接法蘭板上，所述固定臺板15上開設(shè)有與連接法蘭板4相對應(yīng)的通孔。傳感光纖14的光纖接頭依次穿過固定臺板15和連接法蘭板4上的通孔，而與傳輸光纖5進行連接。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例4完全相同。

實施例6：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述玻璃鋼傘裙18采用浸潤有環(huán)氧樹脂的三維玻璃纖維布繞制而成的環(huán)狀傘裙18，傘裙18分為大傘裙18和小傘裙18，大傘裙18和小傘裙18等間隔套設(shè)在絕緣芯棒19的外部，并且大傘裙18、小傘裙18與絕緣芯棒19的接觸部采用環(huán)氧樹脂膠粘接，所述絕緣芯棒19采用環(huán)氧樹脂塑膠模壓成型制成的空心芯棒。復(fù)合支柱絕緣子6上采用大、小傘裙18間隔設(shè)置的結(jié)構(gòu)，耐水污性好，電氣性能優(yōu)異且絕緣性能極佳。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例5完全相同。

實施例7：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述傳輸光纖5采用保偏光纜，保偏光纜有利于傳輸線偏振光，能夠保證線偏振光的傳輸方向不發(fā)生改變，提高相干信噪比，有利于實現(xiàn)對電性能物理量的高精度測量。保偏光纜與絕緣芯棒19之間的空腔內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂膠進行密封，通過環(huán)氧樹脂膠對傳輸光纖5進行定位固定，防止其受振動的影響。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例6完全相同。

實施例8：如圖1和2所示，作為本發(fā)明的一種改進，所述合并單元控制箱9采用鋁制矩形箱體，在箱體的側(cè)壁上開設(shè)有散熱柵格，所述光源-光纖耦合器上設(shè)有LED光源和保偏光纖耦合器，所述LED光源與保偏光纖耦合器通光纖相連接，LED光源發(fā)出的光源經(jīng)過保偏光纖耦合器進行耦合處理后傳送給偏振器。所述信號處理電路板上設(shè)有光纖調(diào)制解調(diào)模塊、主控CPU、遠程無線通信模塊和溫度監(jiān)測模塊，所述光纖調(diào)制解調(diào)模塊、溫度監(jiān)測模塊和遠程無線通信模塊均與主控CPU相連接，所述光纖調(diào)制解調(diào)模塊與光相位調(diào)制器電連接，與溫度監(jiān)測模塊相連接的為設(shè)置在傳輸光纖5端部的溫度探頭。所述信號處理電路板是采用基于DSP+FPGA架構(gòu)的全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過光纖調(diào)制解調(diào)模塊對光相位調(diào)制器進行調(diào)制、解調(diào)處理，并通過溫度探頭結(jié)合溫度監(jiān)測模塊對傳輸光纖5的溫漂進行控制，以確保全光纖電流互感器的測量精度免受溫度的影響，最后采用遠程無線通信模塊可通過遠程無線通信的方式將測量和計量的數(shù)據(jù)傳輸給遠端監(jiān)控平臺或接收來自遠端監(jiān)控平臺的控制指令，以實現(xiàn)對全光纖電流互感器工作狀態(tài)的遠程智能化操控。其余結(jié)構(gòu)和優(yōu)點與實施例7完全相同。

工作原理：本全光纖電流互感器主要包括設(shè)置在智能變電站高壓一次設(shè)備側(cè)的光學(xué)傳感環(huán)3、作為光學(xué)傳輸通道的且與光學(xué)傳感環(huán)3熔接的保偏光纜以及提供光學(xué)系統(tǒng)且進行測量和計量的合并單元控制箱9，其中，光學(xué)傳感環(huán)3為一無源傳感器件，無需外部供電，使用穩(wěn)定可靠性佳。工作時，經(jīng)過光源-光纖耦合器耦合處理后的光經(jīng)偏振器起偏后轉(zhuǎn)化為線偏振光，線偏振光以45°角進入光相位調(diào)制器，分解成兩束相互垂直的線偏振光，通過光纖調(diào)制解調(diào)模塊在光相位調(diào)制器上施加合適的調(diào)制算法，兩束受到調(diào)制的光波通過傳輸光纖5進入傳感光纖14，在導(dǎo)電柱2上載體電流產(chǎn)生的磁場作用下，兩束光波之間產(chǎn)生正比于載體電流的相位角。經(jīng)過反射鏡16反射后兩束光波通過傳輸光纖5返回到光相位調(diào)制器，到達偏振器后發(fā)生干涉，干涉光信號經(jīng)過耦合器進入光電探測器，光電探測器輸出的電壓信號被信號處理電路板接收并運算，運算結(jié)果通過遠程無線通信模塊發(fā)送至遠端監(jiān)控平臺。在當導(dǎo)電柱2上沒有載體電流時，兩束光信號的相位差為零，此時信號處理電路板的輸出也為零；而當有載體電流時，兩束光信號存在一個相位差，信號處理電路板對該相位差進行解調(diào)，從而得到被測電流的數(shù)字值并輸出給遠端監(jiān)控平臺。

本發(fā)明還可以將實施例2、3、4、5、6、7、8所述技術(shù)特征中的至少一個與實施例1組合形成新的實施方式。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。