基于比較測(cè)量法的光學(xué)電流互感器研究.pdf

1、光學(xué)電流互感器(OCT)具有絕緣性能好、頻帶范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)電磁式電流互感器(CT)的理想替代品。OCT經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，仍未能在電力系統(tǒng)中得到大面積的推廣應(yīng)用，其主要原因是OCT的性能容易受環(huán)境因素如溫度、振動(dòng)等的影響，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中往往表現(xiàn)出相對(duì)時(shí)間的長(zhǎng)期漂移。本文針對(duì)OCT易受環(huán)境因素影響的特點(diǎn)，提出了一種新型的基于比較測(cè)量法的光學(xué)電流互感器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)比較式OCT)。比較式OCT在原有OC

2、T的基礎(chǔ)上引入了一個(gè)參考磁場(chǎng)，通過(guò)將被測(cè)電流磁場(chǎng)與參考磁場(chǎng)進(jìn)行比較，得到與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)，僅與被測(cè)電流磁場(chǎng)的大小有關(guān)的最終測(cè)量結(jié)果。這種方法對(duì)傳感頭內(nèi)部的線(xiàn)性雙折射和傳感材料的Verdet常數(shù)同時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)償，具有從前的OCT補(bǔ)償方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文首先論述了比較式OCT的傳感機(jī)理，對(duì)比較式OCT實(shí)現(xiàn)有效補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程進(jìn)行了理論論證。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了比較式OCT的傳感頭結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮了光路設(shè)計(jì)和磁路設(shè)計(jì)兩方面，確定了

3、以條狀玻璃構(gòu)成、空間上相互垂直、兩傳感臂相互獨(dú)立的光路結(jié)構(gòu)，以及測(cè)量磁場(chǎng)與參考磁場(chǎng)相互正交，參考臂有效路徑上的平均磁場(chǎng)盡可能大的磁路結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了克服條狀傳感頭對(duì)位置的敏感性，設(shè)計(jì)了傳感頭固定裝置。然后研究了比較式OCT的解調(diào)過(guò)程中需要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——直流磁場(chǎng)的精確解調(diào)和交流微弱信號(hào)的精確檢測(cè)。針對(duì)參考直流磁場(chǎng)的精確解調(diào)，設(shè)計(jì)了雙輸入雙輸出的解調(diào)方法。該方法無(wú)論是對(duì)交流磁場(chǎng)還是對(duì)直流磁場(chǎng)都可以實(shí)現(xiàn)精確解調(diào)，還可以消除光路、電路的不

4、一致以及光源波動(dòng)帶來(lái)的測(cè)量誤差，是對(duì)從前解調(diào)方法存在的缺陷的改善。針對(duì)交流微弱信號(hào)的檢測(cè)，摒棄了以前模擬解調(diào)的方法，設(shè)計(jì)了基于高精度數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW平臺(tái)的全數(shù)字化解調(diào)系統(tǒng)，大大提高了比較式OCT整體的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。接著，對(duì)比較式OCT的性能進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。比較式OCT可以看作是直流測(cè)量系統(tǒng)和交流測(cè)量系統(tǒng)的集成，這兩個(gè)系統(tǒng)都經(jīng)歷了傳感、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集和解調(diào)計(jì)算四個(gè)主要過(guò)程。對(duì)主要過(guò)程中各個(gè)非理想因素對(duì)交流系統(tǒng)和直流系

5、統(tǒng)的影響分別進(jìn)行了分析和計(jì)算，得到傳感頭起偏器和檢偏器之間的夾角偏離45°是比較式OCT的主要系統(tǒng)誤差之一的結(jié)論，并針對(duì)該系統(tǒng)誤差提出了改進(jìn)措施。最后對(duì)比較式OCT進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究包括了設(shè)計(jì)試驗(yàn)和比較試驗(yàn)兩大部分。設(shè)計(jì)試驗(yàn)為傳感頭結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供了幫助，具體包括磁路設(shè)計(jì)試驗(yàn)和參考磁場(chǎng)受交流磁場(chǎng)影響試驗(yàn)。比較試驗(yàn)通過(guò)靈敏度比較、誤差比較、抗干擾性能比較、溫度性能比較及抗光源波動(dòng)影響比較等一系列較系統(tǒng)的試驗(yàn)，對(duì)普通塊狀OC