光纖λ-4波片和全光纖電流互感器研究.pdf

1、目前，測量高壓電網(wǎng)中電流的大小以及高壓電網(wǎng)中繼電保護一般是用傳統(tǒng)的電磁感應式的電流互感器（簡稱CT）。但是隨著長距離電力傳輸?shù)陌l(fā)展，為減小傳輸損耗，傳輸電壓的等級在不斷地提高。國外已有200萬伏的輸電線路投入使用，國內(nèi)目前長距離傳輸?shù)闹鞲删€的電壓大多為50萬伏，并且已在鋪100萬伏試運行線路。這使得由硅鋼片和漆包銅線組成的電流互感器將在高壓絕緣方面遇到了不可逾越的困難。在這種情況下，研制絕緣性能出色的新型傳感器成為了必然趨勢。光纖電流互

2、感器以光纖傳輸信息，具有損耗小、頻帶寬、信息容量大、絕緣性能高、不怕雷電、不受電磁干擾等優(yōu)點。此外，它尺寸小、重量輕、耐腐蝕而且價格低廉。特別是由石英材料制作的光纖本身就是良好的絕緣體，因此，電壓等級越高，光纖電流互感器便越能顯示其無可比擬的優(yōu)越性。 自上世紀80年代初，出現(xiàn)單模光纖開始，許多科學家都想利用光纖的法拉第效應研制成功能用于高電壓的光纖電流互感器。經(jīng)過數(shù)十年的研究，目前大多采用的是兩種互感器方式：一種是塊狀玻璃型，另

3、一種是全光纖型。塊狀玻璃目前已有商品出售，由于這種形式的互感器有一部分元器件需要放在高壓區(qū)，所以塊狀玻璃形式的光纖電流互感器一般只能適用在50萬伏電壓以下。全光纖電流互感器由于組成光纖的石英玻璃是非常良好的絕緣體，在理論上可以用在很高的電壓上。但是，全光纖電流互感器在偏振態(tài)的變化及穩(wěn)定性方面還沒有根本解決，所以目前這種形式的電流互感器還沒有形成商品。全光纖電流互感器最為關鍵的兩個器件分別為λ／4光纖波片和傳感光纖。由于光纖傳輸線以及干涉

4、光路需要使用偏振態(tài)穩(wěn)定的線保偏光纖，傳感光纖環(huán)需要使用圓保偏光纖，而λ／4光纖波片是用來進行線偏振光和圓偏振光變化的元件，它的穩(wěn)定與否，直接影響了光纖互感器的穩(wěn)定與否。圓保偏光纖是用來傳感電流產(chǎn)生磁場的關鍵器件，它的穩(wěn)定與否也直接影響了光纖電流互感器的穩(wěn)定與否。又因為這兩個部件所組成的傳感光纖環(huán)是放在室外的，溫度變化范圍比較大，并且光纖環(huán)是處在高壓區(qū)的，不能采取恒溫等措施，所以對λ/4光纖波片和圓保偏傳感光纖溫度穩(wěn)定性的研究是至關重要的

5、。 本文首先對λ／4光纖波片的溫度性能進行了一定的研究，從理論上分析了光纖λ／4波片的溫度特性，討論了應力雙折射的熊描型光纖和幾何雙折射光纖制成的λ／4波片的相位延遲隨溫度變化的改變情況，得出幾何雙折射光纖制成的λ/4波片溫度穩(wěn)定性更好。并對我們自己制作的這兩種光纖λ/4波片進行了實際的測量。實驗結果顯示：用幾何雙折射光纖制成的λ/4波片比用熊描型光纖制成的λ/4波片在-40℃～+60℃的溫度范圍內(nèi)具有更好的溫度特性，更能有助于