光纤光栅电流传感器的硬件设计文献综述

 2020-04-03 11:04

1.本课题的研究背景及意义

电流是电力系统主要参数之一,对电流的测量是基本而且非常重要的任务,根据测量的结果,可以为电力系统提供用于计量、控制和继电保护等所必需的信息,因此对测量工具有很高的要求,如必须具备很高的准确度和稳定性。现在对电流的测量主要采用的是以电磁感应原理为基础的电流互感器,这种传统的电磁感应式电流互感器在应用过程中,积累了丰富的实践经验,它的各种技术性能、指标均还保持着一定的优势,同时电磁感应原理原理简单,可靠性高,不易损坏,上述这些优点,是其的已普遍应用的原因之一。但是由于电磁式电流互感器结构原理的特性,使得它存在以下几个致命缺点:(1)存在绝缘问题,冲油的电磁式电流互感器使用在高压环境时,有可能发生绝缘击穿,从而引起对地断路或者突然爆炸的危险;(2)出现磁饱和的问题,电流互感器铁芯在被测量电流异常增大的时候,将出现磁饱和,这严重的影响了电流互感器的测量精确度;(3)存在电磁干扰问题,在高压环境中,电磁式电流互感器信号通过导线传输时将受到严重的电磁干扰,影响测量准确度;(4)成本问题,电磁式电流互感器的成本随着被测量电流等级的增大,成指数增加这些电磁式电流互感器的缺点是由其基本结构造成的,是无法改变的。因此,在这种情况下研究新型的电流传感器,光纤电流传感器就孕育而生了。

光纤电流传感器真是为了克服电磁式电流传感器的缺点而研制的,自七十年代为史以来,受到各国广泛关注。与传统电磁式电流互感器相比,光纤电流传感器具有以下优点:(1)绝缘性能非常好,从材料来说,光纤电流传感器所用的材料主要是石英光纤,它自身就是很好的绝缘体;(2)光纤电流传感器的结构中不含铁芯,因此不存在饱和、铁磁谐振等问题,测量准确度得到提高。(3)抗电磁干扰能力强,光纤电流传感器的信号由光来传输,具有抗电磁干扰性,这样测量精度也能增大。(4)光纤电流传感器的低压侧不会有因开路而产生的高压危险,从而消除了传统的电磁式电流互感器易燃易爆的问题。(5) 光纤电流传感器的体积小,重量轻,光纤电流传感器的传感头,重量小于一公斤。据美国西屋公司公布的磁光式345KV光纤电流互感器,其高度为2.7米,重量为100公斤,而同等电压等级的冲油式电磁式电流互感器,高为6.1米,重达7718公斤。(6)适应了电力保护和计量数字化、智能化以及光通信的发展趋势。(7)测量的动态范围大,可在相当宽的电流范围内保持良好的线性特性。(8)测量的频带宽。

光纤光栅传感器研究方向主要有:(1)对具有高灵敏度、高分辨率,且能同时感测应变和温度变化的传感器研究;(2)开发低成本、小型化、可靠且灵敏的探测技术系统研究;(3)实际应用研究,包括封装技术、温度补偿技术、传感器网络技术。

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