專利名稱：一種組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器。
背景技術(shù)：
近幾年來發(fā)展了各種型式的光學(xué)電壓、電流互感器，由于它們具有各種優(yōu)點(diǎn)，各種分立式的光學(xué)電流、電壓互感器已在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，顯示出了比傳統(tǒng)的電磁式互感器更突出的優(yōu)點(diǎn)。但這些光電互感器不能同時(shí)測量電流和電壓，而且測量電壓的傳感頭也未能模塊化，環(huán)境溫度的影響也未能很好解決。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新的組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器。該互感器在一個(gè)裝置中可同時(shí)測量電流、電壓，進(jìn)一步縮小體積和重量，提高了測量精度和性價(jià)化，有利于光電互感器的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明提供的一種組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，包括對(duì)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行處理的控制裝置，其特征在于光學(xué)電流傳感器置于上蓋中，載流導(dǎo)體穿過光學(xué)電流傳感器的中心孔；上蓋通過法蘭與硅橡膠復(fù)合絕緣子聯(lián)結(jié)，復(fù)合絕緣子的內(nèi)壁中設(shè)置有環(huán)氧管，電流傳感器的光纖引線穿過環(huán)氧管接入光纖連接盒；硅橡膠復(fù)合絕緣子內(nèi)充有SF氣體，并放置有模塊化光學(xué)電壓傳感器；電壓傳感器的上部通過高壓導(dǎo)電管懸掛在法蘭上，其下部由固定在底座上的接地導(dǎo)電管支撐，其光纖引線通過接地導(dǎo)電管接入光纖連接盒，光纖連接盒置于底座內(nèi)，光纖連接盒通過光纜與控制裝置相連，分別將電流傳感器與電壓傳感器的信號(hào)輸送給控制裝置。
本實(shí)用新型采用近年來的新科技和新的信息技術(shù)設(shè)計(jì)。它將220kV的光學(xué)電流互感器和光學(xué)電壓互感器有機(jī)組合在一個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)中，其二次信號(hào)處理電路與計(jì)量、繼保裝置組合在一個(gè)控制裝置內(nèi)。光學(xué)電流傳感器放在主體結(jié)構(gòu)的上部，其主絕緣為硅橡膠復(fù)合絕緣子，其內(nèi)充SF6氣體，模塊化結(jié)構(gòu)的光學(xué)電壓傳感器用上下金屬管固定在復(fù)合絕緣子的中、上部，用光纖傳輸光學(xué)信號(hào)，用最新的信息處理器件來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，體積更小、重量更輕，是一種更適合電力系統(tǒng)應(yīng)用的光學(xué)電子式互感器。


圖1為組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中模塊化結(jié)構(gòu)的光學(xué)電壓傳感頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中傳感部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖1中光學(xué)電流傳感器的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖1中光學(xué)電流傳感器的另一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，在上蓋1內(nèi)置有光學(xué)電流傳感器3，載流導(dǎo)體2穿過光學(xué)電流傳感器3的中心孔。硅橡膠復(fù)合絕緣子5的上端通過法蘭盤4與上蓋1連接，其下端與底座10密封連接。硅橡膠復(fù)合絕緣子5內(nèi)充壓力為0.4MPa的SF6氣體，其內(nèi)放置有用鍺酸鉍(BGO)晶體作敏感元件的模塊化光學(xué)電壓傳感器7。光學(xué)電壓傳感器7的上屏蔽電極71通過高壓導(dǎo)電管8懸吊在法蘭盤4上，其下屏蔽電極78通過固定在底座10上的接地導(dǎo)電管9支撐。接地導(dǎo)電管9內(nèi)設(shè)有光學(xué)電壓傳感器7的光纖引線，該光纖引線接入光纖連接盒11。在復(fù)合絕緣子5的內(nèi)壁中設(shè)置有一根環(huán)氧管6，電流傳感器3的輸入輸出光纖穿過環(huán)氧管6接入光纖連接盒11。光纖連接盒11置于底座10內(nèi)。光纖連接盒11通過光纜12與控制裝置13相連，分別將電流傳感器3與電壓傳感器7的信號(hào)輸送給控制裝置內(nèi)的處理電路。
模塊化光學(xué)電壓傳感器7的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括上屏蔽電極71、上極頭套72、上極頭73、主絕緣棒74、絕緣套筒75、傳感頭部件76、下極頭77和下屏蔽電極78。上、下屏蔽電極均由鋁合金做成拋光的橢園屏蔽電極。上、下屏蔽電極之間用絕緣套筒75和主絕緣棒74隔開，主絕緣棒74位于絕緣套筒75內(nèi)，用螺釘將絕緣套筒75與上、下屏蔽電極連成一體。上極頭73通過上極頭套72嵌在上屏蔽電極71內(nèi)，主絕緣棒74的上端與上極頭73相連，使高電壓依次通過上屏蔽電極、上極頭套72和上極頭73加在主絕緣棒上。下極頭通過下屏蔽電極78與接地導(dǎo)電管9相連。主絕緣棒74的下端與下極頭77相連，下極頭77嵌在下屏蔽電極78內(nèi)。主絕緣棒74由含氧化鋁的環(huán)氧樹脂制成，并在其上部的外表面加工有若干個(gè)傘裙，以增加其爬距，其下部加工有園柱形孔，其內(nèi)粘結(jié)傳感部件76。絕緣套筒75用四氟乙稀做成，其側(cè)面鉆有若干通氣孔79，以便SF6氣體進(jìn)入。
如圖3所示，傳感部件76的結(jié)構(gòu)為在金屬底板e(cuò)的一面粘結(jié)有鍺酸鉍(BGO)晶體a，在晶體a的兩端部分別粘結(jié)有90°轉(zhuǎn)角棱鏡b1、b2。在金屬底板e(cuò)的另一面粘結(jié)有二個(gè)分別與轉(zhuǎn)角棱鏡b1、b2位置相對(duì)的起偏振鏡c和檢偏振鏡d，金屬底板e(cuò)上加工有二個(gè)通孔g1、g2。檢偏振鏡d的反射光的一側(cè)粘結(jié)有90°轉(zhuǎn)角棱鏡b3。三個(gè)帶光纖的自聚焦透鏡f1、f2、f3分別粘結(jié)在起偏振鏡c的輸入端、檢偏振鏡d和90°轉(zhuǎn)角棱鏡b3的輸出端。
發(fā)光二極管L1發(fā)出的光通過自聚焦透鏡f1、起偏振鏡c、通孔g1進(jìn)入轉(zhuǎn)角棱鏡b1，由其反射后進(jìn)入晶體a，再轉(zhuǎn)角棱鏡b2反射后通過通孔g2進(jìn)入檢偏振鏡d。由檢偏振鏡d分成二路光，其中一路反射光經(jīng)轉(zhuǎn)角棱鏡b3反射后進(jìn)入自聚焦透鏡f3，再經(jīng)光纖傳送至光電二極管P2。另一路透射光進(jìn)入自聚焦透鏡f2至光纖傳送至光電二極管P1。
光學(xué)電流傳感器3可以采用雙輸出光路傳感頭結(jié)構(gòu)，也可以采用單輸出光路傳感頭結(jié)構(gòu)，下面舉二個(gè)實(shí)例加以說明。
如圖4所示，光學(xué)電流傳感頭3由敏感元34、準(zhǔn)直自聚焦透鏡31、二個(gè)90°轉(zhuǎn)角棱鏡32、36、起偏器33、檢偏器35、二個(gè)耦合自聚焦透鏡37、39等組成。
敏感元34用于使入射的線性偏振光束的偏振面在被測電流的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。敏感元的材料采用塊狀光學(xué)玻璃(例如火石玻璃)，在敏感元的中心有一個(gè)中心孔，該孔與敏感元的上、下表面垂直，孔的大小應(yīng)使得被測導(dǎo)體可以穿過，入射光在敏感元中進(jìn)行多全反射，光在敏感元中圍繞中心孔中的被測導(dǎo)體傳播一周后射出。這種結(jié)構(gòu)的敏感元在現(xiàn)有技術(shù)中已有報(bào)道，其實(shí)現(xiàn)方式有多種。準(zhǔn)直自聚焦透鏡31用于將進(jìn)入的光束轉(zhuǎn)變成平行光。90°轉(zhuǎn)角棱鏡32改變光束的傳播路徑，使傳感頭的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。起偏器的作用是將入射進(jìn)敏感元的光轉(zhuǎn)變成線性偏振光。檢偏器用于將從敏感元出射的線性偏振光的偏振面的變化變換成光束光強(qiáng)的變化，并分成反射光和透射光二路輸出。耦合自聚焦透鏡是將光束聚焦后耦合進(jìn)入光纖并傳輸至光電探測器38、40。光電探測器的作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
當(dāng)發(fā)光二級(jí)管30發(fā)出的光束進(jìn)入準(zhǔn)直自聚焦透鏡31變成平行光，經(jīng)90°轉(zhuǎn)角棱鏡32，再進(jìn)入起偏器33，變成線偏振光，進(jìn)入敏感元34后，被載流導(dǎo)體2上的電流調(diào)制后，輸出至檢偏器35，經(jīng)檢偏器35后，被調(diào)制后的光束分成兩路光束，其中一路反射光進(jìn)入第二耦合自聚焦透鏡39，經(jīng)光纖至數(shù)據(jù)處理中第二光電探測器40。另一路透射光經(jīng)90°轉(zhuǎn)角棱鏡36進(jìn)入第一耦合自聚焦透鏡37，經(jīng)光纖傳至第一光電探測器38將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
圖5所示的單輸出光路傳感頭結(jié)構(gòu)與圖4的區(qū)別在于只利用了經(jīng)過檢偏器35的出射光路中的透射光路，透射光經(jīng)90°轉(zhuǎn)角棱鏡36進(jìn)入第一耦合自聚焦透鏡37，再經(jīng)光纖傳至第一光電探測器38將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
控制裝置13采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，它包括工控機(jī)14、電流處理電路15、電壓處理電路16和繼電保護(hù)裝置17。電流處理電路15接收電流傳感器3傳送的被測電流信號(hào)，處理后分別傳送給工控機(jī)14和繼電保護(hù)裝置17。電壓處理電路16接收電壓傳感器7傳送的被測電壓信號(hào)，處理后分別傳送給工控機(jī)14和繼電保護(hù)裝置17，實(shí)現(xiàn)測量、控制和保護(hù)。
本實(shí)用新型的電流測量是采用磁光效應(yīng)原理，當(dāng)偏振光進(jìn)入光學(xué)玻璃環(huán)(通常采用重火石玻璃做成)，經(jīng)多次反射形成閉合光路。該光被穿過玻璃環(huán)的大載流導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生的交變磁場調(diào)制以后，其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度θ正比于被測電流i，再用檢偏器將此角度θ變?yōu)楣獾膹?qiáng)度I，此光強(qiáng)I經(jīng)光纖傳至光電二極管，變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)控制裝置內(nèi)的電流處理電路15處理，變成與被測電流成正比的電壓信號(hào)，測出此電壓也就測出了高電壓系統(tǒng)中的被測電流。
本實(shí)用新型的電壓測量是采用電光效應(yīng)的原理。被測高電壓直接加在模塊化電壓傳感頭的兩端，使電光晶體(BGO)直接處于被測電壓的電場中，當(dāng)LED發(fā)出的光經(jīng)起偏器變成偏振光，傳至電光晶體(BGO)，此光受到被測電壓產(chǎn)生的電場調(diào)制，再經(jīng)檢偏器檢偏，變成與被測電壓有關(guān)的光強(qiáng)，沿光纖傳至控制裝置內(nèi)的電壓處理電路中的光電二極管，變成電信號(hào)，再經(jīng)電路處理變成與被測高電壓成正比的低電壓信號(hào)，測出此電壓也就測出了高電壓。
本實(shí)用新型所述的220kV組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，無高壓側(cè)電路，全部用光纖傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了高低壓徹底隔離，安全可靠；實(shí)現(xiàn)了電流、電壓傳感頭全部組合在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，體積小、重量輕、準(zhǔn)確度高，達(dá)到0.2級(jí)。
權(quán)利要求1.一種組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，包括對(duì)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行處理的控制裝置，其特征在于光學(xué)電流傳感器(3)置于上蓋(1)中，載流導(dǎo)體(2)穿過光學(xué)電流傳感器(3)的中心孔；上蓋(1)通過法蘭(4)與硅橡膠復(fù)合絕緣子(5)聯(lián)結(jié)，復(fù)合絕緣子(5)的內(nèi)壁中設(shè)置有環(huán)氧管(6)，電流傳感器(3)的光纖引線穿過環(huán)氧管(6)接入光纖連接盒(11)；硅橡膠復(fù)合絕緣子(5)內(nèi)充有SF6氣體，并放置有模塊化光學(xué)電壓傳感器(7)；模塊化光學(xué)電壓傳感器(7)的上部通過高壓導(dǎo)電管(8)懸掛在法蘭(4)上，其下部由固定在底座(10)上的接地導(dǎo)電管(9)支撐，其光纖引線通過接地導(dǎo)電管(9)接入光纖連接盒(11)，光纖連接盒(11)置于底座(10)內(nèi)，光纖連接盒(11)通過光纜(12)與控制裝置(13)相連，分別將電流傳感器(3)與模塊化光學(xué)電壓傳感器(7)的信號(hào)輸送給控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，其特征在于模塊化光學(xué)電壓傳感器(7)的結(jié)構(gòu)為上極頭(73)通過上極頭套(72)嵌在上屏蔽電極(71)內(nèi)，下極頭(77)嵌在下屏蔽電極(78)內(nèi)，主絕緣棒(74)的上部的外表面加工有若干個(gè)傘裙，其下部加工有園柱形孔，孔內(nèi)粘結(jié)有傳感部件(76)；絕緣套筒(5)的側(cè)面開有通氣孔(79)，絕緣套筒(75)與上、下屏蔽電極(71、78)連成一體；主絕緣棒(74)位于絕緣套筒(5)內(nèi)，其上端與上極頭(73)相連，其下端與下極頭(77)相連，高電壓依次通過上屏蔽電極(71)、上極頭套(72)和上極頭(73)加在主絕緣棒(74)上，下極頭(77)與通過下屏蔽電極(8)與接地導(dǎo)管(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，其特征在于所述傳感部件(76)的結(jié)構(gòu)為在金屬底板(e)的一面粘結(jié)有鍺酸鉍晶體(a)，在晶體(a)的兩端部分別粘結(jié)有90°轉(zhuǎn)角棱鏡(b1、b2)；在金屬底板(e)的另一面粘結(jié)有二個(gè)分別與轉(zhuǎn)角棱鏡(b1、b2)位置相對(duì)的起偏振鏡(c)和檢偏振鏡(d)，金屬底板(e)上開有通孔(g1、g2)；檢偏振鏡(d)的反射光的一側(cè)粘結(jié)有90°轉(zhuǎn)角棱鏡(b3)；三個(gè)帶光纖的自聚焦透鏡(f1、f2、f3)分別粘結(jié)在起偏振鏡(c)的輸入端、檢偏振鏡(d)和90°轉(zhuǎn)角棱鏡(b3)的輸出端；入射光依次通過自聚焦透鏡(f1)、起偏振鏡(c)、通孔(g1)進(jìn)入轉(zhuǎn)角棱鏡(b1)，由其反射后進(jìn)入晶體(a)，再轉(zhuǎn)角棱鏡(b2)反射后通過另一通孔(g2)進(jìn)入檢偏振鏡(d)；由檢偏振鏡(d)分成二路光，其中一路反射光經(jīng)轉(zhuǎn)角棱鏡(b3)反射后進(jìn)入自聚焦透鏡(f3)，再經(jīng)光纖傳送至光電二極管處理；另一路透射光進(jìn)入自聚焦透鏡(f2)至光纖傳送至另一光電二極管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種組合式無源光學(xué)電流/電壓互感器，光學(xué)電流傳感器置于上蓋中，載流導(dǎo)體穿過光學(xué)電流傳感器的中心孔；上蓋通過法蘭與硅橡膠復(fù)合絕緣子聯(lián)結(jié)，復(fù)合絕緣子的內(nèi)壁中設(shè)置有環(huán)氧管，電流傳感器的光纖引線穿過環(huán)氧管接入光纖連接盒；硅橡膠復(fù)合絕緣子內(nèi)充有SF氣體，并放置有模塊化光學(xué)電壓傳感器；電壓傳感器的上部通過高壓導(dǎo)電管懸掛在法蘭上，其下部由固定在底座上的接地導(dǎo)電管支撐，其光纖引線通過接地導(dǎo)電管接入光纖連接盒，光纖連接盒置于底座內(nèi)，光纖連接盒通過光纜與控制裝置相連，分別將電流傳感器與電壓傳感器的信號(hào)輸送給控制裝置。本實(shí)用新型具有安全可靠、體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F38/34GK2775814SQ200420057829
公開日2006年4月26日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者徐雁, 董增平, 葉妙元, 毛立新, 肖霞, 陳金玲 申請人:華中科技大學(xué), 江蘇省如高高壓電器有限公司, 上海思源電氣股份有限公司