牛承帅对全光纤电流互感器的误差影响的研究Word格式文档下载.docx
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论文研究结论对全光纤电流互感器实用化的发展具有一定的参考价值。
关键词光纤电流互感器;
法拉第效应;
琼斯矩阵;
系统误差
Джонсматричныйанализметодомизученияполностьюоптическихтрансформаторовтока
Резюме
Посколькууровнинапряженияитокапродолжатьрасти,традиционныеизмеренияэлектромагнитныхтрансформаторовтокабольшенеможетсоответствоватьтребованиямтрансформаторатокатакжеобновляется,вырослодооптическихтрансформаторовтока,своиуникальныепреимущества,беспокойство.Этакниганафонеразвитиятрансформаторатока,трансформатортокадлявсех-оптическийпринципивыполнениеуглубленныхисследований.
Во-первых,детальноеизучениеразвитиявнутреннейимеждународнойволоконно-оптическихтрансформаторовтокатекущейситуации,уделивособоевниманиеФарадеямагнитооптическийэффектоснованнадвухтрансформаторовтока,чтобыузнатьпринципысистемы,иегооптическуюструктурусделатьподробныйанализдантеорииполяризациисистемы.Затемоптическийтрансформатортокадляизмерениясветовогопутиванализекаждогоустройства,каждоеустройствоприведеновидеальныхусловияхматрицыДжонса,матрицыДжонсабылпостроенсполностьюоптическихтекущеймоделитрансформатора.Наконец,матрицаДжонсаспособегооптическаясистемакаждогоустройстваошибки,вызваннойразличнымивозможнымифакторамисделатьподробныйанализидаетошибкураствора.
Диссертациивыводыполностьюоптическихтрансформаторовтока(All-оптическиетрансформаторытока,AFOCT)практическоеразвитиеимеетопределенноезначениессылки.
Ключевыесловаволоконно-оптическиетрансформаторытока;
эффектФарадея;
матрицыДжонса;
Систематическиеошибки
目录
摘要I
РезюмеII
第1章绪论1
1.1光纤电流互感器的介绍1
1.2互感器发展情况和问题2
1.3目前国内外光纤电流互感器的研究进展4
第2章全光纤电流互感器的工作原理及结构5
2.1全光纤电流互感器的工作原理5
2.2环形结构的光纤电流互感器的结构及工作原理6
2.3反射结构的光纤电流互感器的结构及工作原理7
2.4线偏振光转换成圆偏振光的理论基础8
第3章琼斯矩阵理想表达建立光路模型10
3.1光路系统中各功能器件的Jones矩阵10
3.2光路系统模型建立及改进11
第4章全光纤电流互感器光路器件误差分析12
4.1起偏器引起的误差12
4.2相位调制器引起的误差15
4.31/4波片引起的系统偏振误差16
4.41/4传感光纤线性双折射引入的误差分析18
4.5本章小结19
结论20
致谢22
参考文献23
附录A俄语原文24
附录B中文译文28
第1章绪论
针对高压电的测量和监控,充油式磁感应电流互感器是传统上使用的设备,由于设备充油、以铜导线作传输介质,导致其伴有灾难性的爆炸危险,体积重.功耗较大,绝缘性能及电磁干扰的影响也特别显著,在目前电力系统的大容量高电压传输中。
已经不能满足工业技术的高标注要求。
为此国内外都致力于价格低,结构简单,安全可靠的新型高压电流测试系统。
近代激光技术及光纤技术的发展,使人们发现到了一种比较好的高压式电流传感器——光纤电流传感器。
光纤电流传感器是通过材料的法拉第效应作电流信号传感,以光纤作传输媒体,使其具有良好的绝缘性和抗干扰能力,可以达到非常高的测量精度,与传统行式电流互感器相比,由于不含油类,所以无爆炸的危险,可减少事故发生,并且探测元件尺寸较小,易于小型化。
在高压电流的测量与监控中,光纤电流传感器有显著的优越性能,一直受到人们的广泛重视。
随着人们对电的日益需求,在电力系统领域飞速发展之际,随之而来的是电力传输系统的容限不断提高,传统互感器已经不能满足现今的各种问题。
其表现为:
电力系统的电压等级攀升,面对目前的高电压电流和强功率的电力系统,国内采用的互感器暴露缺点不断,相对高等级的一次电压,电流表现出重量重、体积大、成本高,且采用的技术是以电磁感应原理为基础,在绝缘动态检测范围方面均不能满足现代要求,此外,由于电子式电流互感器的固有磁饱和、铁磁谐振、频带窄以及其易燃易爆的特性和现今的电力系统需要高精度、在线检测、适时控制等,使电力系统急需新一代产品来代替[1]。
1.1光纤电流互感器的介绍
全光纤电流互感器是以法拉第磁光效应为机理来进行测量电流。
根据磁光法拉第效应和安培定律,通电导线周围存在的闭合磁场,形成的磁场可以使围绕在导线周围在光纤中传输的偏振光的偏振面发生一定的旋转。
由于电流与偏振光的偏转角成线性比例关系,可以通过检测偏转角度来测电流。
现如今光学电流互感器的研究不断取得前所未有的进展,通过与传统互感器相比,它具有如下优点:
1、在高压电流测量环境里,光纤及光介质都是良绝缘体,它能够满足高压工作环境下的高绝缘要求,简化了复杂的绝缘结构特性[2];
2、不会产生磁至饱和及铁磁共振现象,适用于高压电流环境下的故障诊断;
3、利用全光纤结构,简化了传统的一次侧变电结构,极大的减小了互感器的体积、重量;
4、无传统电流互感器二次开路那样会产生危险,无传统充油、气电压、电流互感器漏油、爆炸等危险;
5、具有频带宽、动态范围大、可同时实现测量和继电保护的需要;
6、具备输变电系统数字化,便于计算机控制和数据处理,可运用在以保护、监控和测量为前提的高速遥感、遥测系统中;
7、制造和维护成本低,输入功率小,损耗小,从根本上避免了传统电流互感器固有缺陷;
8、全光纤电流互感器光路部分采用全光纤模式,无各类金属耗材,可依据组合需要组装成任意大小模式,易安装,相比电磁式电流互感器,在成本、使用寿命、环境污染等诸多方面有极强的优势。
因全光纤电流互感器有如此多的优点,而且在实际应用中,电压等级提高,优势明显,符合未来电站、变电所发展的需要。
与传统电流互感器相比,AFOCT在理论上拥有着很大的优势,可在工程实际应用中却会面临很多问题,阻碍了AFOCT的应用。
国内经过诸多年的理论研究及实践,探索出解决此类问题的一些特别有效的方法,为FOCT的工程应用奠定了基础。
目前,温度对测量误差的影响,以及长期运行的稳定性方面,均对光路系统的设计提出了较为严格的设计界定,光路系统的设计是全光纤电流互感器的关键技术之一,所以我们对全光纤电流互感器的光路系统的深入研究是对新型全光纤电流互感器的产业化发展有着重大的意义。
1.2互感器发展情况和问题
当今,国际上光学电流互感器的研究有四个方向:
(1)光学玻璃电流互感器;
(2)全光纤电流互感器;
(3)光电混合式电流互感器;
(4)电流互感器的磁场互感器。
除光电混合式外,其它三种中的绝大多数要利用Faraday效应,可统称为Faraday效应电流互感器[3]。
传感光纤通过一定的工艺法缠绕在被测电流导线的周围,因为在光纤内传输的光波具有偏振特性,可以通过测量磁光效应在光纤中引起的Faraday旋转角,间接的测量通电导体中电流大小,这种方法传输与传感简单、形状各异、重量轻且灵敏度高可通过调整传感光纤的缠绕环数进行调节它。
但是AFOCT结构由于传感光纤内部结构存在的线性双折射的影响,使得待测电流产生的法拉第相移受到影响,既而使得系统的测量精度和长期稳定性都受到不晓得制约,实用较困难。
光学玻璃电流互感器主要运用全反射使线性偏振光在块状的光学玻璃内围绕穿过材料中心的通电导体闭合,随即测量出线偏振光的Faraday旋转角,再根据法拉第定理换算出电流的大小。
光学玻璃电流互感器与上述的AFOCT比较,光学材料的选择范围比光纤要宽,可以设计出各种不同结构的传感头,稳定性好。
另外光学玻璃残余双折射非常小,所以线性双折射所导致的偏振态退化问题不复存在,环形OCT的光路不存在弯曲引入的线性双折射,使得AFOCT避免受线性双折射影响导致的灵敏度过小和飘移问题,光学玻璃受振动等因素的影响比光纤小的多。
但光学玻璃电流互感器存在加工难度大、传感头易碎、成本高等缺点,其不适于在线检测、高精度故障诊断的新一代电力系统运用,而且光在反射的过程中会引入反射相移,导致圆偏振光变成椭圆偏振光,从而影响系统性能。
磁场互感器型电流互感器是将一块具有磁致伸缩特性的材料置于磁场中去,再将光纤固定在磁致伸缩材料上。
由于磁致伸缩材料的形状和尺寸随磁场的变化发生变化,因此引起固定于其上的光纤内的应变。
磁场互感器型电流互感器是通过检测光纤内这种应变的变化量间接的获得待测电流值的。
这种电流互感器本身会影响被测电流的磁场分布。
而且由于检测的不是磁场的闭合环积分,杂散场会对测量结果产生影响。
同时该类型互感器采用马赫一曾德尔干涉结构,传感光束与参考光束分开传输,故电流互感器的性
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