光電式互感器

根據(jù)傳感器頭部是否使用電源，光電互感器可分為無源式和有源式兩種。

無源式光電電流互感器的原理框圖如概述圖所示，它利用法拉第(Faraday)磁光效應(yīng)來測量電流。當(dāng)線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時(shí)，其偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角與平行于光線方向的磁場有線性關(guān)系;通過測量通有電流i的導(dǎo)體周圍線偏振光偏振面旋轉(zhuǎn)角的變化θ=μ0VKi(其中μ0為真空磁導(dǎo)率;V為磁光材料的Verdet常數(shù);K為系數(shù)，當(dāng)通光路徑圍繞通流導(dǎo)體一周時(shí)K=1)，就可間接地測量出導(dǎo)體中的電流值。概述圖中，發(fā)光器件發(fā)出的線偏振光經(jīng)光纖傳輸?shù)礁唠娢欢?，光線通過磁光材料時(shí)受待測電流產(chǎn)生的磁場作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。偏振面已旋轉(zhuǎn)的線偏振光經(jīng)由光纖傳回地電位端后，先由檢偏器將角度信息轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)信息再經(jīng)光電變換，并進(jìn)行放大、處理，以正確反映待測的電流信息。

利用泡克爾(Pockels)效應(yīng)可制成無源式光電電壓互感器，其結(jié)構(gòu)類似于無源式光電電流互感器，但傳感器中采用的是對電壓敏感的電光晶體。

應(yīng)用光電技術(shù)通過光纖傳送信息來測量大電流或高電壓的互感器。在高電位(或遠(yuǎn))端，由待測電流或電壓調(diào)制產(chǎn)生的光信號經(jīng)光纖傳輸?shù)降仉娢?或測量)端，通過光電變換和電子電路解調(diào)，得到被測電流或電壓。根據(jù)這種裝置的工作原理，也可測量處于高電位端的溫度、振動、位移等信號。

電力系統(tǒng)中通常采用電磁式互感器測量大電流或高電壓。隨著系統(tǒng)電壓等級的日益提高，這種具有鐵芯和繞組的互感器結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，因此人們應(yīng)用光纖及光電技術(shù)，發(fā)展光電式電壓互感器和光電式電流互感器來測量高電壓和大電流。與電磁式互感器相比，光電式互感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：①絕緣結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，造價(jià)低;②無鐵芯、無磁飽和及鐵磁諧振引發(fā)的問題;③抗電磁干擾性能好，不會有低壓側(cè)開路出現(xiàn)高電壓的危險(xiǎn);④頻率響應(yīng)范圍寬，動態(tài)范圍大，測量準(zhǔn)確度高;⑤不充油，無燃燒、爆炸等危險(xiǎn);⑥能適應(yīng)電力計(jì)量與保護(hù)的數(shù)字化、微機(jī)化和自動化的發(fā)展潮流。

有源式光電電流互感器中，在高電位端通過采樣線圈取得與待測電流成正比的電壓信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器變換為電脈沖信號，并驅(qū)動發(fā)光器件輸出光脈沖信號。此光脈沖信號經(jīng)光纖傳回地電位端后，先由光電器件轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，再經(jīng)放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換，以正確反映待測的電流信號。高電位端的電子電路電源采用“光供能”方式形成：地電位端的激光器發(fā)出的強(qiáng)光經(jīng)光纖傳輸?shù)礁唠娢欢?，由光電轉(zhuǎn)換器件將光能量轉(zhuǎn)化為電能量，為高電位端的電子電路供電。 2100433B

在變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電站自動化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護(hù)裝置、測控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關(guān)柜上,實(shí)現(xiàn)了變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。

智能化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類,即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次,根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義,這三個(gè)層次分別稱為"過程層"、"間隔層"、"站控層"。所謂“過程層”就是由數(shù)字化變電站技術(shù)引進(jìn)的合并單元和智能終端組成。