電子式電流互感器的基本原理及應(yīng)用

電子式電流互感器的基本原理與應(yīng)用2023/10/102主要內(nèi)容發(fā)展背景光學(xué)電流互感器空心線圈電流互感器應(yīng)用與展望2023/10/103發(fā)展背景2023/10/104電力互感器的作用將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電流、電壓信息傳遞到二次側(cè)，與測量儀表和計量裝置配合，可測量一次系統(tǒng)的電流、電壓和電能(稱之為測量用互感器)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，互感器能正確反應(yīng)故障狀態(tài)下電流、電壓波形，與繼電保護和自動裝置配合，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)多種故障構(gòu)成保護和自動控制(稱之為保護用互感器)。目前，電力系統(tǒng)主要是采用老式的電磁式電流、電壓互感器和電容式電壓互感器。2023/10/105老式互感器存在的問題絕緣構(gòu)造復(fù)雜，體積笨重，造價高（造價隨電壓等級呈指數(shù)關(guān)系上升），尤其是用于超高壓系統(tǒng)而且要滿足大短路容量的動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定要求時；老式互感器測量穩(wěn)態(tài)電流時，線性度很好；但在暫態(tài)時，因為線路中存在直流電流，使得電流互感器易發(fā)生飽和，造成測量誤差，可能造成繼電保護的誤動或拒動；電壓互感器可能出現(xiàn)鐵磁諧振，損壞設(shè)備；2023/10/106老式互感器存在的問題由電流、電壓互感器引至二次保護控制設(shè)備的電纜是電磁干擾的主要耦合途徑；采用油浸紙絕緣，易燃易爆，不安全；電磁式電流互感器的二次側(cè)輸出對負載要求嚴(yán)格，若二次負載較大，測量誤差就增大，精確度下降；老式互感器的模擬量不能直接與計算機相連（電流互感器模擬量輸出為5A或1A），難以滿足新一代電力系統(tǒng)自動化、數(shù)字化的發(fā)展需要。2023/10/107電子式互感器的優(yōu)勢消除了磁飽和現(xiàn)象。電子式互感器沒有鐵芯，暫態(tài)性能好。對電力系統(tǒng)故障響應(yīng)快。既有保護裝置是基于工頻量進行保護判斷的，而使用電子式互感器能夠?qū)崿F(xiàn)暫態(tài)信號量作為保護判斷參量。消除鐵磁諧振。優(yōu)良的絕緣性能。電子式互感器的絕緣相對簡樸，高壓側(cè)與地電位之間的信號傳播采用絕緣材料制造的玻璃纖維，體積小、重量輕。2023/10/108電子式互感器的優(yōu)勢適應(yīng)電力計量與保護數(shù)字化的發(fā)展要求。電子式互感器能直接提供數(shù)字信號給計量、保護裝置，有利于二次設(shè)備的系統(tǒng)集成。動態(tài)范圍大，頻率響應(yīng)范圍寬。額定電流為幾十安到幾十萬安培，能測出高壓電力線上的諧波，還能夠進行暫態(tài)電流、高頻大電流與直流電流的測量。經(jīng)濟性好。在電壓等級升高時，成本只稍有增長。能夠組合到斷路器或其他高壓設(shè)備中，共用支撐絕緣子，可降低變電站的占地面積。2023/10/109電子式電流互感器的需求更迫切故障情況下，老式互感器的測量都有不同程度的失真，但電流互感器遠比電壓互感器嚴(yán)重。光學(xué)互感器采用光纖傳播，而光纖傳播方式對于電流互感器能夠大幅度簡化絕緣構(gòu)造和降低制造成本，對于電壓互感器卻達不到此種效果。電力系統(tǒng)中，電流互感器的數(shù)量遠多于電壓互感器，市場規(guī)模更大。2023/10/1010電子式電流互感器的定義《電子式電流互感器》原則：IEC60044-8:2023，GB/T20840.8—2023電子式互感器：一種裝置，由連接到傳播系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一種或多種電壓或電流傳感器構(gòu)成，用以傳播正比于被測量的量，供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。在數(shù)字接口的情況下，一組電子式互感器共用一臺合并單元完畢此功能。電子式電流互感器：是一種電子式互感器，在正常使用條件下，其二次轉(zhuǎn)換器的輸出實質(zhì)上正比于一次電流，且相位差在連接方向正確時，接近于已知相位角。2023/10/1011電子式電流互感器的基本構(gòu)造2023/10/1012電子式電流互感器的基本構(gòu)造12個二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進行時間有關(guān)組合，通信原則為IEC61850。2023/10/1013電子式電流互感器的分類光學(xué)電流互感器。采用光學(xué)原理、器件做被測電流傳感器，光學(xué)原理器件由全光纖、光學(xué)玻璃等構(gòu)成。傳播系統(tǒng)用光纖光纜，輸出電壓正比于被測電流。在高壓側(cè)不需要電源供電?？招木€圈電流互感器。以Rogowski線圈作為電流傳感器，在高壓側(cè)需要電源供電。鐵芯線圈式低功率電流互感器(LPCT)。經(jīng)過一種分流電阻將二次電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出，實現(xiàn)I/V變換，具有低功率輸出特征，動態(tài)測量范圍大。2023/10/1014光學(xué)電流互感器（全光纖電流互感器）2023/10/1015法拉第效應(yīng)1864年，法拉第發(fā)目前磁場的作用下，原來不具有旋光性的物質(zhì)也產(chǎn)生了旋光性，即光矢量發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱作磁致旋光效應(yīng)或法拉第效應(yīng)。2023/10/1016法拉第效應(yīng)維爾德(Verdet)常數(shù)磁場在光傳播方向的分量

光經(jīng)過物質(zhì)的光程l2023/10/1017法拉第效應(yīng)載流導(dǎo)體通以交變電流，其周圍將有交變磁場，此時旋轉(zhuǎn)角正比于磁場沿著線偏振光經(jīng)過材料途徑的線積分若將光路設(shè)計成圍繞電流導(dǎo)體N圈的閉合環(huán)路，則上式是閉合環(huán)路的線積分，根據(jù)全電流定律電流與θ角成正比，環(huán)路數(shù)N越多，測量敏捷度越高。2023/10/1018法拉第效應(yīng)目前尚無高精度測量偏振面旋轉(zhuǎn)角的檢測器，所以，一般將線偏振光的偏振面角度變化的信息轉(zhuǎn)化為光強變化的信息，然后經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將光信號變?yōu)殡娦盘?，并進行放大處理，以正確反應(yīng)最初的電流信息。一般用光電探測器(檢偏器)將角度信息轉(zhuǎn)換為光強信息。為此必須先用起偏器將光變成線偏振光，經(jīng)被測磁場后用光電探測器求光強信息。2023/10/1019基于偏振檢測措施的全光纖電流互感器光源發(fā)出的單色光經(jīng)起偏器變換為線偏振光，由透鏡將光波耦合到單模光纖中。高壓載流導(dǎo)體通有電流，光纖纏繞在載流導(dǎo)體上，這一段光纖將產(chǎn)生磁光效應(yīng)。光纖中線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)θ角，出射光由透鏡耦合到渥拉斯頓棱鏡，棱鏡將輸入光提成振動方向相互垂直的兩束偏振光，并分別送達成光電探測器，經(jīng)過信號處理，即能取得外界被測電流。2023/10/1020基于偏振檢測措施的全光纖電流互感器當(dāng)載流導(dǎo)體沒有電流時，使渥拉斯頓棱鏡的兩個主軸與入射光纖的線偏振光的偏振方向成，可取得最大敏捷度。當(dāng)載流導(dǎo)體通以電流時，光電探測器接受到的光強為經(jīng)過信號處理電路此成果是以光在全程中保持線偏振為基礎(chǔ)的，即要求光纖在這個長度上盡量接近無雙折射。2023/10/1021基于干涉檢測措施的全光纖電流互感器基于干涉檢測措施的全光纖電流互感器并不是直接檢測光的偏振面旋轉(zhuǎn)角度，而是經(jīng)過法拉第效應(yīng)作用的兩束偏振光的干涉，檢測其相位差的變化來測量電流。系統(tǒng)中處于高壓側(cè)的傳感光纖為經(jīng)退火處理的單模光纖;而處于高、低壓兩側(cè)之間的傳光光纖為橢圓芯保偏光纖。2023/10/1022基于干涉檢測措施的全光纖電流互感器由低壓側(cè)光源發(fā)出的光束經(jīng)過光纖起偏器后變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向與橢圓光纖的長、短軸成45度角，故在傳光光纖中傳播的是互為垂直的二束線偏振光。經(jīng)過高壓側(cè)的λ/4波片后再變?yōu)樾D(zhuǎn)方向相反的圓偏振光，即左旋偏振光和右旋偏振光。它們在傳感光纖中繼續(xù)傳播，并在電流產(chǎn)生的磁場作用下，各自旋轉(zhuǎn)不同角度。2023/10/1023二束光在光纖末端被反射鏡反射，它們的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生互換，即左旋偏振光變?yōu)橛倚窆?右旋偏振光變?yōu)樽笮窆?。返程的二束光在電流作用?偏振角再次發(fā)生旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)λ/4波片后，變?yōu)橄嗷ゴ怪钡膬墒€偏振光，但它們原來的偏振方向發(fā)生了互換，即正向傳播時在x方向的偏振光，返程時變?yōu)閥方向的偏振光，反之亦然?；诟缮鏅z測措施的全光纖電流互感器二束光在起偏器中產(chǎn)生干涉,根據(jù)偏振干涉原理可取得被測電流值。2023/10/1024全光纖電流互感器存在的問題全光纖電流互感器存在的主要問題是傳感光纖的線性雙折射難以處理。光波入射非均質(zhì)體(光學(xué)性質(zhì)隨方向而異)，除特殊方向(光軸方向)以外，都要分解成振動方向相互垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏振光，此現(xiàn)象稱為雙折射。引起雙折射的原因有諸多，例如，光纖本身的不完善(橢圓度和內(nèi)部殘余應(yīng)力)、外界溫度及光纖機械狀態(tài)變化等。根據(jù)雙折射的特點，能夠分為線性雙折射、圓雙折射和橢圓雙折射。2023/10/1025雙折射對電流測量的影響降低了電流測量敏捷度。雙折射使得線偏振光的兩個正交光振動分量之間產(chǎn)生位相差，成果輸出光變成了橢偏振光。當(dāng)使用偏振儀進行測量時，因為橢偏振光偏轉(zhuǎn)角的測量敏捷度比偏振光小，所以，整體的測量敏捷度也相應(yīng)減小。對于不同的入射偏振面，傳感器具有不同的測量敏捷度。因為線性雙折射的存在，對不同偏振面的入射線偏振光，雙折射引入的位相不同，使得整個探頭的敏捷度隨偏振面方位的變化而周期性變化。2023/10/1026雙折射對電流測量的影響測量敏捷度受外界溫度的影響。彎曲光纖引入的線性雙折射分布是隨溫度的變化而變化的，造成傳感器的敏捷度也隨溫度變化而產(chǎn)生漂移，且沿光路上不同部分的敏捷度是逐漸變化的，分布不均勻。振動影響。周期性振動會引起傳感頭內(nèi)線性雙折射周期性變化，從而影響輸出的穩(wěn)定性。振動時，上行傳導(dǎo)光纖的作用會使進入起偏器的光強發(fā)生波動，對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。因為線性雙折射對溫度和振動等環(huán)境原因變化十分敏感，會造成偏振光偏振態(tài)輸出的不穩(wěn)定，影像測量精確度。所以，利用多種措施降低雙折射是全光纖電流互感器實用化過程中需要處理的關(guān)鍵問題。2023/10/1027處理雙折射問題的措施降低雙折射分量。采用低雙折射的螺旋光纖（經(jīng)過自旋方式拉制的低雙折射光纖）或?qū)⒐饫w繞成合適的構(gòu)造，降低雙折射的影響。引入圓雙折射。設(shè)法使光纖中的圓雙折射遠不小于線性雙折射，常用的措施有采用扭轉(zhuǎn)光纖或采用高圓雙折射光纖。扭轉(zhuǎn)光纖就是將傳感光纖沿軸向扭轉(zhuǎn)多圈，以增長其固有圓雙折射，這么，電流磁場產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)將疊加在其固有圓雙折射上，使測量敏捷度增長。這種措施的主要問題是扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓雙折射隨溫度變化，需要采用復(fù)雜的溫度補償措施。2023/10/1028處理雙折射問題目前所采用的措施采用退火光纖。將繞制完畢后的傳感光纖加熱到大約800℃，然后慢慢冷卻，能夠消除光纖彎曲引起的線性雙折射。缺陷是退火后光纖變得非常脆，且透光率會受到影響。補償法。采用兩種不同偏振態(tài)的傳感光波，一種為線偏振光，一種為圓偏振光。將其交替輸入傳感頭，則輸出信號可同步反應(yīng)法拉第旋轉(zhuǎn)和線性雙折射效應(yīng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理算法補償雙折射的影響。2023/10/1029光學(xué)電流互感器（磁光電流互感器）2023/10/1030磁光電流互感器基本原理因為光纖的線性雙折射問題處理起來較為困難，一種新的方案應(yīng)運而生。用塊狀玻璃作為傳感頭，經(jīng)過材料內(nèi)部屢次反射形成圍繞導(dǎo)體的閉合光路，其基本原理與光纖傳感頭相同。這種傳感頭能夠選用高維爾德常數(shù)的玻璃材料，它不受光纖中存在的本征雙折射及彎曲引起的線性雙折射影響，溫度折射和應(yīng)力折射也都比較小。2023/10/1031磁光電流互感器存在的主要問題磁光電流互感器存在的主要問題是反射引起的光偏振態(tài)變化。光學(xué)塊狀傳感頭中，線偏振光是經(jīng)過屢次全反射形成圍繞被測電流的光回路的。由電磁場理論可知，當(dāng)入射角不小于臨界角時，光矢量的s分量和p分量全反射后會產(chǎn)生一定的相位差，使線偏振光的偏振態(tài)發(fā)生變化（變?yōu)闄E偏振光），從而降低測量的敏捷度，這與全光纖電流互感器中線性雙折射產(chǎn)生的效果是一樣的。所以，怎樣消除內(nèi)反射引起的偏振態(tài)變化時研制這種傳感器的關(guān)鍵。2023/10/1032問題處理方案正交雙全反射法。將構(gòu)成封閉光路所需的每一次入射角度為45度的全反射都設(shè)計成兩次正交全反射，因為這兩次全反射的入射面是相互正交的，第一次全反射所產(chǎn)生的相位差在第二次全反射中抵消了，因而實現(xiàn)了無相差全反射。日本的Sato在1966年提出。多層反射膜保偏法。在光學(xué)玻璃的各個反射面上鍍上特制的多層反射薄膜，并使入射角介于布諾斯特角與臨界全反射角之間，則在該反射面上產(chǎn)生的反射無相位差。Kard在1959年提出。但這種措施對膜層材料、厚度及鍍膜工藝要求極高，而且一種鍍膜構(gòu)造只相應(yīng)特定波長的光源。2023/10/1033問題處理方案臨界全反射法。讓入射角等于臨界角，從而發(fā)生臨界全反射，此時，線偏振光經(jīng)過全反射后偏振態(tài)不變。這種方案對反射面角度的加工精度要求比較高，而且臨界角會伴隨光源波長、外界溫度等原因的變化而發(fā)生變化，使其偏離臨界全反射狀態(tài)。因為臨界態(tài)本身就是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，因而目前還沒有將這種構(gòu)造用于現(xiàn)場長久運營的報道。2023/10/1034光學(xué)電流互感器（補償式光學(xué)電流互感器）2023/10/1035比較式光學(xué)電流互感器因為傳感材料的Verdet常數(shù)的不恒定、線性雙折射和全反射造成的相移等問題，光學(xué)電流互感器的敏捷度并不恒定，性能輕易受環(huán)境原因的影響，在長久運營過程中往往體現(xiàn)出相對時間的長久漂移。比較式光學(xué)電流互感器在原有光學(xué)電流互感器的基礎(chǔ)上引入一種穩(wěn)恒參照磁場，經(jīng)過將被測電流磁場與參照磁場進行比較，得到與環(huán)境溫度無關(guān)，僅與被測電流磁場大小有關(guān)的最終測量成果。這種措施能夠?qū)鞲蓄^內(nèi)部的線性雙折射和傳感材料的Verdet常數(shù)同步進行補償。2023/10/1036比較式光學(xué)電流互感器測量臂用來傳感被測電流產(chǎn)生的磁場，參照臂用來傳感參照穩(wěn)恒磁場，兩者在空間位置上相互正交。實現(xiàn)補償?shù)年P(guān)鍵在于測量臂和參照臂的一致性，必須取自同一塊均質(zhì)的磁光材料，而且加工成一樣大小，一樣形狀。這么，兩條傳感臂中的線性雙折射相等，同步也確保了兩臂受外界原因影響的程度一致。2023/10/1037比較式光學(xué)電流互感器δ

為傳感頭內(nèi)部線性雙折射引起的相位延遲。2023/10/1038自適應(yīng)光學(xué)電流互感器一般光學(xué)電流互感器是一種經(jīng)典的開環(huán)構(gòu)造，這是造成其精確度不高的內(nèi)因。假如變化光學(xué)電流互感器的開環(huán)機理，使其具有閉環(huán)系統(tǒng)特征，環(huán)境溫度對光學(xué)電流互感器的測量性能就不具有決定性作用?；谏鲜鏊枷氤霈F(xiàn)了自適應(yīng)光學(xué)電流互感器的補償校正方案。自適應(yīng)光學(xué)電流互感器的基本思想是：構(gòu)造兩組或兩組以上的獨立輸出量，經(jīng)過對這些獨立輸出量進行自適應(yīng)運算取得與干擾（涉及溫度干擾）無關(guān)的測量輸出成果。2023/10/1039自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)光學(xué)電流互感器能夠看作一種多輸入、單輸出的濾波器，該濾波器具有可調(diào)整的參數(shù)，參數(shù)的調(diào)整由自適應(yīng)算法完畢，而自適應(yīng)算法又是由光學(xué)電流互感器的輸出量和其他獨立變量經(jīng)過數(shù)字信號處理后的誤差信號驅(qū)動的。2023/10/1040自適應(yīng)光學(xué)電流互感器光路獨立量：將輸入線偏振光分解為兩束光，即線偏振光和經(jīng)1/4波片后的圓偏振光。兩束光經(jīng)光學(xué)電流互感器后成為兩組獨立的電流信號，即與雙折射和法拉第旋轉(zhuǎn)角有關(guān)的電流和與雙折射有關(guān)的電流。經(jīng)自適應(yīng)運算處理后，能夠得到與雙折射無關(guān)的高精度測量輸出。2023/10/1041自適應(yīng)光學(xué)電流互感器光電獨立量：光學(xué)電流互感器和穩(wěn)態(tài)參照模型同步測量被測電流（穩(wěn)態(tài)電流傳感器的作用是提供基波電流量測量），由此得到兩組相互獨立的電流信號，即與雙折射角和法拉第旋光角有關(guān)的電流及與兩者無關(guān)的基波電流。經(jīng)自適應(yīng)算法處理后，能夠得到與溫度漂移無關(guān)的高精度測量輸出。2023/10/1042自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)算法：關(guān)鍵在于取得合適的自適應(yīng)校正系數(shù)，需要尋找最佳權(quán)系數(shù)的搜索措施。Kalman濾波器能夠用于處理從噪聲中提取信號的過濾或預(yù)測問題，以估計的成果與信號真值之間誤差的均方值最小為最佳準(zhǔn)則。Kalman濾波算法是遞推形式，非常適合計算機處理。Kalman算法既合用于平穩(wěn)過程，也合用于非平穩(wěn)過程。2023/10/1043自適應(yīng)光學(xué)電流互感器自適應(yīng)算法：當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，因為穩(wěn)態(tài)電流參照模型的電流測量原理是基于電磁傳感原理的，會在電流中出現(xiàn)非周期分量，造成穩(wěn)態(tài)電流參照模型會因為磁飽和而出現(xiàn)嚴(yán)重的波形失真。所以在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，必須停止自適應(yīng)計算。電力系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)電流中會出現(xiàn)奇異點。小波變換具有多尺度分析和良好的視頻局部化特征，能夠精確捕獲突變信號。正是根據(jù)這個特征，自適應(yīng)光學(xué)電流互感器利用小波變化判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障，從而閉鎖自適應(yīng)計算。2023/10/1044空心線圈電流互感器2023/10/1045基本原理空心線圈電子式電流互感器是一種基于老式電流傳感原理、采用有源器件調(diào)制技術(shù)，由光纖將高壓端轉(zhuǎn)換得到的光信號傳送到低壓端解調(diào)處理得到被測電流信號的新型電流互感器。高壓端需要電源，所以又稱為有源式電流互感器。2023/10/1046關(guān)鍵技術(shù)——電流采集以空心線圈為保護通道傳感單元，低功率鐵芯線圈為測量通道傳感單元。一般來講，手工繞制羅氏線圈比較困難，難以滿足高精度計量要求。采用印制電路板設(shè)計的線圈，能夠經(jīng)過計算機輔助設(shè)計將印制導(dǎo)線均勻布置在印刷電路板上，數(shù)字加工技術(shù)能確保每匝線圈的橫截面積相等。因為加工工藝的限制，PCB板一般不能很厚，布線匝數(shù)不能諸多，單個線圈產(chǎn)生的電壓不足以滿足輸出的要求，需要幾塊PCB板串聯(lián)使用。2023/10/1047關(guān)鍵技術(shù)——電流采集平板型空心線圈組合型空心線圈2023/10/1048關(guān)鍵技術(shù)——積分技術(shù)模擬積分器構(gòu)造簡樸、響應(yīng)速度快、輸入動態(tài)范圍大，但是因為實際器件不是理想器件，運放的失調(diào)、電容的泄露與損耗、時漂和溫漂等原因都會造成積分誤差。其次，模擬積分器的反饋和補償設(shè)計不夠靈活，且補償環(huán)節(jié)易引入新的誤差。而積分器需要長時間穩(wěn)定工作，完全克服這些原因造成的誤差是十分困難的。數(shù)字積分器的優(yōu)點是：性能穩(wěn)定，相位特征優(yōu)良，構(gòu)造靈活，調(diào)整以便。2023/10/1049關(guān)鍵技術(shù)——信號調(diào)制光強調(diào)制式。電路變換后驅(qū)動高亮LED實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，LED工作在線性區(qū)，其輸出光強和待測電流成百分比。LED的輸出信號經(jīng)多模光纖傳播到低壓側(cè)，由光電檢測器實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后，送往信號處理電路實現(xiàn)放大、濾波和顯示等功能。光強調(diào)制式的缺陷是傳播的是模擬信號，易受外界原因影響，因而精度較差。2023/10/1050關(guān)鍵技術(shù)——信號調(diào)制脈位調(diào)制式。電流互感器輸出的二次交流信號經(jīng)過整流、濾波電路變?yōu)橹绷餍盘?，再由PWM(脈沖寬度調(diào)制)電路將被測信號調(diào)制為脈寬信息，然后再經(jīng)過PPM(脈沖位置調(diào)制)電路取得相應(yīng)于脈寬的脈位信號去驅(qū)動發(fā)光二極管。脈沖調(diào)制式的缺陷是只能測量有效值，測量精度受整流電路的影響較大，尤其是當(dāng)測量電路具有不同諧波分量時對測量精度造成較大影響。2023/10/1051關(guān)鍵技術(shù)——信號調(diào)制數(shù)字調(diào)制式。待測電流轉(zhuǎn)化為電壓信號，送往前置放大電路，然后經(jīng)迅速采樣和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息去驅(qū)動發(fā)光二極管。低壓側(cè)的光電轉(zhuǎn)換器件將由光纖傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)數(shù)字濾波、信號解調(diào)和顯示等功能。數(shù)字調(diào)制的缺陷是在高壓側(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送電路和低壓側(cè)接受電路必須有同步的時鐘信號，才干確保數(shù)據(jù)的正確性，所以需要兩個光電傳播系統(tǒng)來完畢高下端之間的數(shù)據(jù)傳送和同步，增長了整個系統(tǒng)的成本，而且采用位串傳送數(shù)據(jù)，抗干擾能力較差。2023/10/1052關(guān)鍵技術(shù)——信號調(diào)制脈沖頻率調(diào)制式。待測電流經(jīng)電流/電壓變換后，由V/F變換電路轉(zhuǎn)化成與邏輯電路兼容的脈沖串或者方波，其輸出頻率與輸入模擬量呈精確的線性百分比關(guān)系。低壓側(cè)的解調(diào)部分能夠采用F/V變換，也能夠由微處理器采用計數(shù)措施在給定的計數(shù)周期內(nèi)測量輸入脈沖串或者方波的個數(shù)，就能夠得到在這一計數(shù)周期內(nèi)輸入模擬量的平均值，經(jīng)過選擇正確的計數(shù)周期，這種方式能夠得到高精度的測量信號。2023/10/1053關(guān)鍵技術(shù)——高壓側(cè)供能空芯電流互感器采用懸浮式電源變換器的供電方式(簡稱小CT方式)從一次導(dǎo)線上取能量。但當(dāng)一次電流很小，如低至額定電流的5%甚至1%如下時，電源變換器則不足以維持正常的鼓勵狀態(tài)，無法供出能量，存在小電流供電死區(qū)，可能使電子式互感器無法正常工作。后來發(fā)展為采用低壓側(cè)的半導(dǎo)體激光器經(jīng)過供能光纖給高壓側(cè)的調(diào)制電路供電，但存在的關(guān)鍵問題是高壓側(cè)工作的電路功耗過大，60mW左右。當(dāng)然功耗可能進一步降低，但功耗的降低意味著互感器的性能將會隨之降低，在功耗和性能之間必須謀求一種最佳的平衡點。2023/10/1054關(guān)鍵技術(shù)——高壓側(cè)供能一般光電轉(zhuǎn)換的效率較高時為30%，這就要求光源（半導(dǎo)體激光器）的出纖功率至少達成180mW以上，而出纖功率在這種數(shù)量級的光源，一般壽命較短，遠遠不能滿足電力系統(tǒng)對互感器的壽命要求。目前高壓側(cè)的供能措施一般是采用復(fù)合供能的方式：一次電流較大時，采用CT供電方式；一次電流較小時，采用激光供能方式。這種措施能夠盡量降低大功率激光器工作的時間，延長其壽命。2023/10/1055應(yīng)用與展望2023/10/1056發(fā)展與應(yīng)用早在20世紀(jì)60年代,國外即開始研究光學(xué)電流互感器,但因為精度低,溫度特征差,皆未成功掛網(wǎng)運營,處于理論探索階段。從20世紀(jì)70年代起大部分國家都集中在無源式電流互感器的研制工作上。例如，美國以塊狀構(gòu)造的磁光式電流互感器為主，對它的傳感探頭構(gòu)造、溫度問題、信號處理、計量、顯示、以及長久可靠性問題都作了較為進一步的研究。西屋企業(yè)研究組研制出的樣機于1986年進行過單、三相計量與繼電保護的方面的掛網(wǎng)運營試驗，后來這個研究組被ABB收購。目前，ABB企業(yè)已經(jīng)有69kV-765kV全系列磁光式電流互感器產(chǎn)品。2023/10/1057發(fā)展與應(yīng)用系統(tǒng)電壓72.5-800kV絕緣水平350-2050kV額定一次側(cè)電流至2023A額定二次電流1A精度超出0.2級(IEC)2023/10/1058發(fā)展與應(yīng)用加拿大的NxtPhase企業(yè)利用美國Honeywell企業(yè)先進的光纖陀螺導(dǎo)航技術(shù)成果，成功研制了全光纖式電流互感器，精確度達0.2級，產(chǎn)品已在美國的亞利桑那州電力企業(yè)運營。2023年，AREVA（阿?，m）輸配電企業(yè)收購Nxtphase企業(yè)，并開始在全球范圍內(nèi)推廣這一先進技術(shù)。到目前為止，在北美和歐洲等23個國家共有1073套系統(tǒng)已經(jīng)投入運營，電壓等級覆蓋36kV到550kV，涉及高壓交流和高壓直流應(yīng)用、超大直流電流應(yīng)用和GIS應(yīng)用等。阿爾斯通與施耐德電氣完畢阿?，m輸配電收購。德國西門子企業(yè)也在研究類似的全光纖式電流互感器。另外，日本及英、法、瑞士等國在磁光式電流互感器上進行了大量的研究工作。2023/10/1059發(fā)展與應(yīng)用我國在光纖電流互感器方面的研究起步比較晚，上世紀(jì)80年代才開始，相對其他國家比較落后。清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、燕山大學(xué)、華北電力大學(xué)、武漢大學(xué)、電子部26所、北京電科院、沈陽互感器廠和上海MWB互感器制造企業(yè)等都在這方面取得了一定的成果。目前，國內(nèi)提供光學(xué)電流互感器的主要廠家有：許繼電氣和南瑞繼保，另外還有武漢烽火富華、珠海成瑞（光供電混合型）、北京水木源華、西安高研等等。2023年12月，中國電科院研發(fā)的500千伏全光纖電流互感器經(jīng)過鑒定，其測量精確級達0.2S級/3P級，達成行業(yè)應(yīng)用對于互感器產(chǎn)品的最高要求。2023/10/1060發(fā)展與應(yīng)用2023/10/1061發(fā)展與應(yīng)用2023/10/1062發(fā)展與應(yīng)用2023/10/1063發(fā)展與應(yīng)用許繼在黑河掛網(wǎng)運營的電子式電流互感器2023/10/1064發(fā)展與應(yīng)用許繼自適應(yīng)光學(xué)電流互感器2023/10/1065展望經(jīng)過數(shù)年探索,上面簡介的幾種主流構(gòu)造也都有掛網(wǎng)運營的經(jīng)歷及產(chǎn)品出現(xiàn),但因為成本、精度、長久運營的可靠性等方面的原因,目前離大規(guī)模替代老式電流互感器還有距離。今后,除了可能出現(xiàn)新的措施外,總的發(fā)展趨勢將集中表目前繼續(xù)探索處理上述問題的方案上,并可能在如下方面取得突破:研究新型傳感光纖。伴隨光纖材料研究的進展,可能出現(xiàn)高維爾德常數(shù)且對溫度不敏感的新型傳感光纖,提升全光纖型電流互感器的精度及穩(wěn)定性。2023/10/1066展望集成光學(xué)的發(fā)展。研究集成光學(xué)組件,將光路中用到的有關(guān)光學(xué)器件集成在一種組件上,簡化系統(tǒng)構(gòu)造,提升性能。例如,目前已經(jīng)出現(xiàn)的用于光纖陀螺的集成組件,采用LiNbO3作為功能材料,將光分路器、相位調(diào)制器、偏振器等集成在一種芯片上,使系統(tǒng)性能大大提升,經(jīng)過改善,這種集成組件可望用