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全光纤电子式电流互感器在智能变电站中的应用 摘要：本文介绍了全光纤电子式电流互感器的工作原理和工作过程，详细阐述了光纤电流互感器的技术优势，最后简单介绍了光纤电流互感器在GIS中的集成方式。。 关键词：FOCT，全光纤电流互感器，Faraday磁旋光效应 1 引言 电流互感器是电力系统中的重要设备，目前国内广泛使用的铁磁线圈电流互感器,尽管稳态测量精度能够满足0. 2级电能计量的要求, 但由于自身结构上的局限性。在短路故障时会存在磁路饱和现象,导致动态测量能力差,容易造成保护装置误动和拒动。随着电力工业的不断发展，传统带铁心的电磁感应式互感器已经越来越不能适应电力系统的要求。 电子式电流互感器是利用光学和电子学原理来实现电力系统电流测量的新型互感器。与传统的电磁式电流互感器相比较，电子式电流互感器具有体积小、重量轻、频带响应宽、无饱和现象等诸多优点，有望成为传统电磁感应式互感器的理想替代品，已经受到国内外研究人员的普遍重视。 电子式电流互感器有两种传感原理:Faraday电磁感应原理和Faraday磁旋光效应原理。属于Faraday电磁感应原理的有铁心线圈和空心线圈两种传感结构,空心线圈结构的电流互感器又叫做Rogowski线圈电流互感器。属于Faraday磁旋光效应原理的包括块状玻璃和光纤两种传感结构,这类电流互感器又叫做光学电流互感器。其中全光纤电子式电流互感器相对于其他类型的电子式互感器具有测量精度高动态范围宽抗环境电磁干扰能力强敏感环安装方式Faraday效应是指当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，线偏振光的偏振面会线性地随着平行于光学方向的磁场的大小发生旋转，旋转角为。 图1 Faraday效应原理 在互感器中光纤形成闭合环路，还需遵守安培环路定理 式中为磁光材料的费尔德（Verdet）常数；为光通过的路径；为被测电流在光路上产生的磁场强度，为载流导体中流过的交流电流。 图FOCT工作FOCT基本的工作过程如下（参见图）：光源发出的光被分成两束物理性能不同光，并沿光缆向上传播（见红、绿箭头）；在汇流排处，两光波经反射镜的反射并发生交换，最终回到光电探测器处并发生相干叠加；当通电导体中无电流时，两光波的相对传播速度保持不变，即物理学上所说的没有出现相位差（图a）；而通上电流后，在通电导体周围的磁场作用下，两束光波的传播速度发生相对变化，即出现了相位差（图b），最终表现的是探测器处叠加的光强发生了变化，通过测量光强的大小，即可测出对应的电流大小。 a b 图 两偏振光相干叠加示意图 在磁光法拉第效应的基础上，FOCT综合利用了光纤传感技术和闭环控制技术，很好的克服了其他电子式电流互感器的缺点，具体表现为： .1 闭环控制（负反馈）技术扩大了准确度下的动态范围 对于采用Rogowski线圈和磁光玻璃等电子式电流互感器而言，都是采用的开环控制技术，这在准确度和动态范围的稳定性方面从原理上来说就有一定的局限性，所以要达到高性能的要求还是需要进一步研究的。而FOCT采用的是基于全数字闭环控制技术，对各种可能出现的偏差进行校正，真正达到一个完善的自适应控制系统，从原理和实现的手段上保证了电子互感器的精度和动态范围。 .2 共光路、差动信号解调方式提高了抗干扰能力 对于磁光玻璃式电子式电流互感器而言，光信号输入端和输出端不在同一点，走的路径是一个单向路径，当受到来自外界的温度变化，振动以及电磁场辐射等因素的干扰，单向路径受干扰源的影响就可能会产生同向误差，使得产品的精度出现不稳定性，也影响了产品的实际使用效果。而对于FOCT而言，光信号输入输出端在同一点，采用同一个光路，即使来自外界的温度变化，振动以及电磁场辐射等因素的干扰，同一光路路径受干扰源的影响出现的误差也会互相抵消，从而提高了产品的稳定性。 .3 全光纤结构提高了系统的可靠性 FOCT中敏感元件和传输元件都为光纤，可以熔融连接，不受外界环境温度的影响，真正做到了敏感元件的长期稳定性和免维护，提高了系统的可靠性。GIS中的集成方式FOCT的敏感头安装在GIS气室内难度较大，一是SF6气体在短流电流和高温的影响下分解生成活性极强的氟粒子，对于光纤具有极大的腐蚀性。二是保偏光纤的材质很难与GIS的金属壳体形成绝对的整体，影响GIS气室的密闭性。GIS 两个气室之间连接的法兰是比较好的安装位置。由于法兰中没有SF6气体，而且法兰也处在零电位，只需要稍微增加法兰的厚度，浇注法兰时内壁为FOCT留出安装空间，然后将FOCT固定在法兰内即可。下图是110kV三相共体GIS的安装示意图 图 GIS应用三相一体式安装方式 这种安装方式中FOCT不需像传统互感器一样每相安装磁屏蔽套筒，结构大大简化。而且FOCT的敏感头和电气单元都处在零