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全光纤电流互感技术研究

作　者: 丁滢
导　师: 董毅
学　校: 上海交通大学
专　业: 光纤通信
关键词: 全光纤电流互感器双折射四分之一波片法拉第旋光镜
分类号: TM452
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着电力系统电压等级的提高和传输容量的增大,继电保护系统的稳定运行越来越重要。传统电磁式电流互感器有着不可避免的缺陷,如绝缘结构复杂、造价高、尺寸大等。而与其相比,全光纤电流互感器具有一系列优点,如测量范围宽、灵敏度高、尺寸小、安全性高等。因此,全光纤电流互感技术受到业界的高度关注,得到迅速发展。本文介绍了全光纤电流互感器的背景、分类、原理等,着重对干涉型反射式全光纤电流互感器进行了重点分析研究,包括理论分析、系统结构设计、信号处理、实验结果分析等。文章利用琼斯矩阵表征反射式全光纤电流互感器中各个器件,对系统中光的偏振态的演化进行了推导和分析。并且对影响系统性能的关键器件误差进行了分析研究,包括传感光纤的双折射效应和四分之一波片误差。研究发现随着传感光纤线性双折射的增大,标度因子相对理想值的偏离度增大,而圆双折射则可以一定程度的弥补其造成的误差。四分之一波片的对轴角度和相位延迟误差都能引起标度因子的恶化,而适当的线性双折射能一定程度补偿对轴角度误差。另外,理论证明法拉第旋光镜的使用和一次、二次谐波相除的信号处理方法能稳定标度因子。在理论分析的基础上,本文对反射式全光纤电流互感器进行了光路设计和优化,包括关键器件和相关各参数的选择、制作方法的选择和优化。本文完成了基于一次、二次谐波相除的信号处理系统的设计和实现。通过对光电检测输出的信号进行模拟相关解调,提取出信号中的一倍频和二倍频分量,经数字化后,用FPGA进行实时相位解调,获得与待测电流呈线性关系的光偏振旋转角,实验结果表明:研制的全光纤电流互感器测量范围约为2~2000安培,当待测电流在200A以下时,测量相对误差为2%左右,当待测电流大于200A时,测量相对误差在0.5%以内,符合实用化要求。

全光纤电流互感技术研究

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