光電互感器的原理及應用前景

光電互感器的原理及應用前景


光電互感器的原理及應用前景
隨著電力工業的不斷發展，電網電壓等級的不斷提高，對電壓、電流的測量要求也在不斷提高，而互感器作為連接高壓與低壓的一種電器設備也不斷地改進和發展，其中對于衡量互感器先進與否的一個重要指標就是互感器的絕緣問題。對于傳統的電磁式互感器來說，由于絕緣成本隨著絕緣等級的升高成指數增長，因此原有的空氣絕緣、油紙絕緣、氣體絕緣和串級絕緣已經不能滿足超高壓設備的絕緣要求，同時傳統互感器存在磁飽和的問題，造成繼電保護裝置的誤動或拒動，而且鐵磁諧振、易燃易爆及動態范圍小等缺點一直是傳統互感器難以克服的困難。于是，各種針對高電壓、大電流信號的測量方法便應運而生，其中，基于光學和電子學原理的測量方法，經過近三十年的發展，成為相對比較成熟、最有發展前途的一種超高壓條件下的測量方法。
　　光電互感器大致可分為三大部分：高電位側信號采集處理部分、地電位側信號處理部分、高電位側電源供電部分。
　　高電位信號采集處理部分主要包含數據采集、信號處理、Ａ／Ｄ轉換以及電光轉換（ＬＥＤ）、光纖傳輸和絕緣部分。主要功能原理是將傳感器獲得的電流信號通過采集裝置輸入信號處理電路，并通過多路信號Ａ／Ｄ轉換器轉變為數字信號，通過ＬＥＤ將時鐘和數據信號變成光脈沖信號通過光纖傳輸給低電位側的信號接收部分。
　　地電位側信號處理部分主要有光電轉換電路（ＰＩＮ）、放大整形電路、邏輯控制電路、Ｄ／Ａ轉換電路以及ＰＣ機電路等。其功能原理是將從高電位側傳遞下來的時鐘和數據信號經過放大整形電路的處理后，在邏輯控制電路的作用下，將電力電網用戶需要的信號（一般有四種：計量用電流信號、保護用電流信號、電源電壓監測信號和傳感頭的溫度信號）分開，經過Ｄ／Ａ轉換器還原成模擬信號；同時高壓端串行光信號傳到低壓側，經光電轉換電路后得到ＤＡＴ和ＣＬＫ信號。ＤＡＴ和ＣＬＫ經過移位寄存器將串行信號轉為并行信號，并發出中斷申請，ＣＰＵ響應后將并行數據讀入。在接收完畢后，ＣＰＵ依次把數據送入緩沖器，由主控ＣＰＵ控制讀出數字信號供給用戶使用。
　　電源供電部分是系統的核心部分之一，由于這種光電式電流互感器的傳感頭安裝在高電位側，并且完全是由電子電路構成，因此必須有相應的電源提供給傳感頭的電子電路。在系統組成原理結構圖中，激光器（ＬＤ）、ＬＤ驅動電流源、光纖、光電轉換器（光電池）、ＤＣ／ＤＣ轉換器構成了系統的電源供電部分。位于地電位側的激光器將光能量通過光纖傳遞到光電池中，光電池的輸出經過ＤＣ／ＤＣ變換器后，可以獲得電子電路所需要的電源（５Ｖ或１２Ｖ等）。
　　相對于傳統的電磁式互感器，光電互感器有明顯的優點：
（１）在高電壓、大電流的測量環境中，光纖或光介質是良好的絕緣體，它可以滿足高壓工作環境下的絕緣要求；（２）沒有傳統電流互感器二次開路產生高壓的危險，以及傳統充油電壓、電流互感器漏油、爆炸等危險；（３）不會產生磁飽和及鐵磁共振現象，它尤其適用于高電壓、大電流環境下的故障診斷；（４）頻帶寬，可以從直流到幾百千赫，適用于繼電保護和諧波檢測；（５）動態范圍大，能在大的動態范圍內產生高線性度的響應；（６）適應了現在電力系統的數字化信號處理要求，它還可用于以保護、監控和測量為目的高速遙感、遙測系統；（７）整套測量裝置結構緊湊、重量輕、體積小；（８）各個功能模塊相對獨立，便于安裝和維護，適于網絡化測量。
　　經過三十余年的發展，測量要求逐步提高，測量技術的逐漸成熟，光電互感器作為下一代互感器的主流產品，其不可替代的技術優勢已經凸現出來，隨著當前光電互感器的市場化進程，必將帶來電力系統測量、保護和監控的革命性變化。
　　光電互感器可以采用羅哥夫斯基線圈、低功率電流互感器、串聯感應分壓器等新技術，使電流測量準確度達到０．１級；電壓測量準確度達到０．２級。又在結構中采用光纖能量和信號傳輸、特種固態絕緣脂真空灌注等技術，增強了抗ＥＭＩ性能和絕緣性能，使可靠性大大提高。
　　通過實際運行表明，數字式光電互感器是安全的、可靠的；其準確度更高，更適合數字式二次保護測控裝置，特別在超高壓、特高壓電網中有特出的優越性。加上他成本較低的優勢，他將會有廣闊的使用前景。