楊漢瑞，楊 燕，尚思飛，周 沫

(東北電力大學(xué) 自動(dòng)化工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

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全光纖電流互感器的研究現(xiàn)狀

楊漢瑞，楊 燕，尚思飛，周 沫

(東北電力大學(xué) 自動(dòng)化工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

光纖電流互感器因其具有絕緣性能好、安全性高、動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量精度高、輸出數(shù)字化等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文比較了傳統(tǒng)電磁式電流互感器和光纖電流互感器的性能，闡述了光纖電流互感器Faraday磁光效應(yīng)原理及全光纖電流互感器的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)模型，回顧了近年來(lái)全光纖電流互感器的研究情況，歸納分析了其研究和實(shí)用化過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題和解決方法。

電磁式電流互感器；全光纖電流互感器；Faraday磁光效應(yīng)

全光纖電流互感器(All-Fiber-Optical Current Transformer，AFOCT)是直接將光纖環(huán)繞于被測(cè)導(dǎo)線上作為敏感元件，以Faraday磁光效應(yīng)為基礎(chǔ)，綜合利用閉環(huán)控制技術(shù)的新型高壓電流測(cè)試設(shè)備。隨著電力系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高、容量不斷增大，為測(cè)定電流電壓穩(wěn)定，系統(tǒng)對(duì)電流互感器的要求也越來(lái)越高[1-2]。由于以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的電流互感器存在絕緣、安全性能差等問(wèn)題，已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化的要求，而AFOCT具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)，為新型的電流互感器提供了新的思路和方法[3]。表1對(duì)傳統(tǒng)電磁式電流互感器和AFOCT進(jìn)行了比較。

表1 傳統(tǒng)電磁式電流互感器與AFOCT的比較

從表1中可以看出，AFOCT具有眾多傳統(tǒng)電磁式電流互感器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，更符合未來(lái)變電站發(fā)展的需要，是傳統(tǒng)電磁式電流互感器較為理想的替代產(chǎn)品，具有良好的發(fā)展前景。因此，對(duì)AFOCT的研究必將大大加速電力設(shè)備的改革，使其向高可靠性和綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，給電力系統(tǒng)帶來(lái)更加安全的運(yùn)行環(huán)境和更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益[4-6]。

本文對(duì)AFOCT的基本原理和結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行論述，對(duì)AFOCT實(shí)用化過(guò)程中需要關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并概述了目前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)這些問(wèn)題的研究以及提出的主要解決措施。

1 AFOCT的基本原理

AFOCT是無(wú)源式電流互感器的特例。所謂無(wú)源式電流互感器是指電流互感器傳感頭部分不需要提供電源[7]，傳感頭測(cè)量電流是基于Faraday磁光效應(yīng)原理，當(dāng)一束線偏振光沿著與磁場(chǎng)平行的方向通過(guò)介質(zhì)時(shí)，線偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)即產(chǎn)生Faraday旋轉(zhuǎn)角。利用光纖的偏振特性，通過(guò)測(cè)量光纖中的Faraday旋轉(zhuǎn)角間接測(cè)量電流。在縱向磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)araday旋轉(zhuǎn)角θ為

θ=∫VHdl=VNI，

(1)

式中：V為維爾德(Verdet)常數(shù)；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度；l為光在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的路徑距離；N為光纖繞通電導(dǎo)體的圈數(shù)；I為通過(guò)環(huán)路的電流強(qiáng)度。

式(1)表明，F(xiàn)araday旋轉(zhuǎn)角θ與磁場(chǎng)強(qiáng)度和光在磁場(chǎng)中所經(jīng)歷的路徑距離成正比，與光學(xué)環(huán)路的匝數(shù)和穿過(guò)光學(xué)環(huán)路的總電流成正比。被測(cè)電流值可以通過(guò)光信號(hào)的偏轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角獲得，這就是AFOCT的基本原理[8-12]，因其原理從根本上顛覆了傳統(tǒng)電流互感器的電磁感應(yīng)原理，一些研究者更傾向于將它定義為全光纖電流傳感器。

2 AFOCT的結(jié)構(gòu)模型

AFOCT就其光路結(jié)構(gòu)部分而言，研究的比較多的有兩種結(jié)構(gòu)：Sagnac干涉型結(jié)構(gòu)和反射式結(jié)構(gòu)。

2.1 Sagnac干涉型光纖電流互感器

圖1所示為Sagnac干涉型光纖電流互感器的基本結(jié)構(gòu)，其光路結(jié)構(gòu)是在光纖陀螺的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)多功能集成光學(xué)器件(Y波導(dǎo))后起偏為線偏光，并被Y波導(dǎo)中的分束器分成兩路，分別經(jīng)過(guò)λ/4波片轉(zhuǎn)換成旋向相同的圓偏振光，并分別以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)入光纖傳感頭，在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生Faraday效應(yīng)，再次經(jīng)過(guò)另一個(gè)λ/4波片后轉(zhuǎn)換為線偏振光，在Y波導(dǎo)中進(jìn)行干涉得到相位差，即兩倍的Faraday相移，經(jīng)耦合器耦合進(jìn)入光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)處理[13-15]。

圖1 Sagnac干涉型電流互感器基本結(jié)構(gòu)

采用Sagnac干渉型的光纖電流互感器，容易受到Sagnac效應(yīng)的影響，Sagnac效應(yīng)與Faraday效應(yīng)都產(chǎn)生非互易相移，檢測(cè)時(shí)很難區(qū)分，容易導(dǎo)致測(cè)量誤差，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性；由于是在光纖陀螺基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以Sagnac干涉式光纖電流互感器對(duì)溫度和振動(dòng)的敏感性也較高，這也是限制Sagnac式光纖電流互感器實(shí)用化的主要原因[16]。

2.2 反射式光纖電流互感器

反射式光纖電流互感器[17]是一種對(duì)稱互易結(jié)構(gòu)的光纖電流互感器，根據(jù)其光路中采用調(diào)制器的不同將其分為基于Y波導(dǎo)調(diào)制器和基于條形波導(dǎo)調(diào)制器的反射式光纖電流互感器[18]。這兩種結(jié)構(gòu)的工作原理相近，目前研究較多的是基于條形波導(dǎo)的反射式光纖電流互感器。

圖2所示為基于條形波導(dǎo)調(diào)制器的反射式光纖電流互感器基本結(jié)構(gòu)。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)起偏器起偏為線偏光，通過(guò)45°熔接點(diǎn)分成沿X軸和Y軸相互垂直的兩個(gè)偏振方向的偏振光，經(jīng)過(guò)λ/4波片轉(zhuǎn)變成左旋、右旋兩束圓偏振光進(jìn)入光纖傳感頭，在傳感光纖內(nèi)產(chǎn)生Faraday磁光效應(yīng)，由于兩束圓偏振光的傳輸速度不同，從而產(chǎn)生兩倍的Faraday相位差，經(jīng)過(guò)反射鏡反射后左旋光變?yōu)橛倚猓倚庾優(yōu)樽笮?，再次?jīng)過(guò)傳感頭產(chǎn)生Faraday磁光效應(yīng)，通過(guò)λ/4波片，使圓偏振光轉(zhuǎn)換成線偏振光，到偏振器進(jìn)行干涉，得到四倍Faraday相位差，經(jīng)耦合器耦合進(jìn)入光探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)處理。

圖2 基于條形波導(dǎo)調(diào)制器的反射式光纖電流互感器基本結(jié)構(gòu)

由于反射結(jié)構(gòu)光路中干涉信號(hào)在同一根光纖中傳輸，即“全對(duì)稱”光路，降低了外界因素對(duì)系統(tǒng)的干擾，而且不受Sagnac效應(yīng)的影響，使得光路穩(wěn)定性提高，是目前的主流結(jié)構(gòu)。然而，在研制和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度易受外界溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素影響，其環(huán)境適應(yīng)性和運(yùn)行穩(wěn)定性也是實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[19-20]。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要問(wèn)題

20世紀(jì)60年代，人們嘗試?yán)霉獾拇殴庑?yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁感應(yīng)來(lái)測(cè)量電流，自此光學(xué)電流互感器的研究拉開(kāi)了帷幕。受當(dāng)時(shí)光學(xué)器件水平的制約，光學(xué)電流互感器一直處于一個(gè)精度低、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差和有嚴(yán)重溫度漂移問(wèn)題的階段。直到80年代，國(guó)外才出現(xiàn)了一些精度較高的光學(xué)電流互感器。隨著90年代光纖及集成光學(xué)器件的迅速發(fā)展，AFOCT的研究受到了研究者們的廣泛關(guān)注并持續(xù)至今。目前，國(guó)外做的比較先進(jìn)的公司有ABB，Areva，NETPHASE等，他們?cè)贏FOCT領(lǐng)域有強(qiáng)大的技術(shù)積累，也是國(guó)內(nèi)引進(jìn)AFOCT的主要公司。國(guó)內(nèi)AFOCT的研究相比國(guó)外起步較晚，然而近年來(lái)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展卻很迅猛，目前，國(guó)內(nèi)在AFOCT的研究上較為活躍的有華中科技大學(xué)，清華大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，華北電力大學(xué)，中國(guó)電力科學(xué)院，中國(guó)航天電子技術(shù)研究所，南瑞航天(北京)電氣控制技術(shù)有限公司等單位[21]，研究方向大多圍繞方案技術(shù)的改進(jìn)以及實(shí)用化過(guò)程中遇到的關(guān)鍵問(wèn)題，目的都是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

從傳感機(jī)理到信號(hào)處理，AFOCT已經(jīng)發(fā)展出一套相對(duì)成熟的理論體系，但至今未能完全取代傳統(tǒng)電磁式電流互感器，還僅限于小范圍內(nèi)的掛網(wǎng)運(yùn)行。不管是光路部分還是電路部分AFOCT都存在一些亟待解決的問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)此展開(kāi)了大量研究，并取得了一定成果。本文對(duì)近年來(lái)的研究情況進(jìn)行了分析，對(duì)具體問(wèn)題及其解決方法進(jìn)行了歸納闡述。

3.1 光路中的關(guān)鍵問(wèn)題及研究

3.1.1 溫度問(wèn)題

外界溫度的變化會(huì)引起傳感光纖線圈產(chǎn)生線性雙折射，對(duì)AFOCT精度產(chǎn)生較大影響；使λ/4波片相位延遲變化，影響AFOCT的精度和穩(wěn)定性；引起Verdet常數(shù)的變化，直接影響AFOCT系統(tǒng)輸出電流大小，導(dǎo)致測(cè)量誤差[22]。

近年來(lái)，采用溫度誤差補(bǔ)償研究技術(shù)解決溫度影響問(wèn)題的研究居多，2006年，北京航空航天大學(xué)的王夏霄等人提出利用λ/4波片的溫度特性可以實(shí)現(xiàn)傳感器的非接觸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)Verdet常數(shù)的在線補(bǔ)償，理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性[23]。2011年，北京四方繼保公司肖浩等人經(jīng)過(guò)研究找到一個(gè)相位角φ0=101 ℃的傳感頭，使得每一個(gè)溫度點(diǎn)波片引入的溫度誤差正好與Verdet常數(shù)引入的誤差大小接近，正負(fù)相反[24]。同年，浙江省電力公司的陳安偉等人通過(guò)選擇合適的波片相位延遲，使溫度變化時(shí)λ/4波片參數(shù)引起的誤差與Verdet常數(shù)變化引起的誤差相互抵消[25]。2015年，華北電力大學(xué)的劉青等人建立了AFOCT的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真模型，將可變的溫度參數(shù)引入到了模型中，再次證明了通過(guò)調(diào)整λ/4波片初始相位延遲角可以有效補(bǔ)償溫度誤差[26]。

2009年，華中科技大學(xué)陳金玲等人提出一種新的基于比較測(cè)量的溫度補(bǔ)償方法，作者設(shè)計(jì)了雙輸入雙輸出的傳感頭結(jié)構(gòu)，并通過(guò)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了比較補(bǔ)償法對(duì)光學(xué)電流傳感器溫度特性補(bǔ)償?shù)挠行訹27]。2012年，北京航空航天大學(xué)李傳生等人對(duì)互感器的變比按敏感頭的溫度進(jìn)行分段線性差值補(bǔ)償，有效地減小了變比誤差[28]。2013年，李傳生等人又提出偏振器尾纖快軸通光消除非互易波列相干性的誤差抑制方法，達(dá)到了一定的誤差補(bǔ)償效果[29]。2014年，桂林電子科技大學(xué)熊顯名等人提出了一種基于輸出橢圓偏振光長(zhǎng)軸斜率來(lái)修正測(cè)量系統(tǒng)的方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證長(zhǎng)期在同一變溫環(huán)境下傳感光纖的物理性將趨于穩(wěn)定[30]。2015年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)程嵩等人量化研究了AFOCT比差隨溫度漂移的問(wèn)題，分析仿真結(jié)果得出，實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)線性雙折射和AFOCT比差都與溫度近似成線性關(guān)系的結(jié)論，并采用溫度補(bǔ)償方法減小了溫度對(duì)AFOCT準(zhǔn)確度的影響[31]。

3.1.2 雙折射效應(yīng)

雙折射效應(yīng)會(huì)使AFOCT中入射到傳感頭中的線偏振光轉(zhuǎn)變成橢圓偏振光，導(dǎo)致檢測(cè)到的光強(qiáng)度與被測(cè)電流不成正比，影響測(cè)量精度和穩(wěn)定性。產(chǎn)生雙折射的原因除了溫度影響外，還與光纖內(nèi)部剩余應(yīng)力和幾何結(jié)構(gòu)非對(duì)稱性有關(guān)[32-33]。

2006年，北京航空航天大學(xué)姜中英等人針對(duì)傳感光纖中存在的過(guò)多的殘余線性雙折射，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用國(guó)外超低雙折射光纖并在石英骨架上螺旋纏繞以增加傳感光纖中的圓雙折射，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了減小光纖固有的線性雙折射的同時(shí)加入大量圓雙折射會(huì)使系統(tǒng)比例因子有顯著改善[34]。2011年，中國(guó)計(jì)量學(xué)院王景飛等人利用瓊斯矩陣建立反射式Sagnac干涉光纖電流互感器的理論模型，再次驗(yàn)證了在傳感頭中加入大量的圓雙折射可以有效抑制線性雙折射對(duì)AFOCT測(cè)量準(zhǔn)確度的影響[35]。2012年，Li Zhizhong 等人研究了用基于偏振檢測(cè)和波長(zhǎng)掃描的方法來(lái)測(cè)量光纖中的線性雙折射，為將光纖中Faraday 效應(yīng)與線性雙折射分離檢測(cè)提供了思路[36]。2015年，上海波匯通信科技有限公司周軍等人提出消除線性雙折射影響的雙光源雙輸出互感器光路結(jié)構(gòu)，又提出一種新型反射式AFOCT光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于彎曲所致線性雙折射效應(yīng)具有很好的抑制作用[37]。

3.1.3 振動(dòng)問(wèn)題

實(shí)際研究中，當(dāng)測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)受到振動(dòng)干擾時(shí)，測(cè)量精度會(huì)下降，特別是Sagnac型AFOCT，由于其既能敏感電流又能敏感Sagnac效應(yīng)，所以振動(dòng)對(duì)其測(cè)量結(jié)果具有很大的影響。

2010年，西安工業(yè)大學(xué)穆杰等人針對(duì)AFOCT振動(dòng)敏感性的缺點(diǎn)，提出一種新型的采用雙線繞法繞制光纖線圈，利用瓊斯矩陣?yán)碚撋献C明了新型結(jié)構(gòu)的AFOCT能消除對(duì)環(huán)境振動(dòng)的敏感性。使用低頻振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比測(cè)試了原始和改進(jìn)的AFOCT，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的互感器的輸出與外部環(huán)境的振動(dòng)無(wú)關(guān)[38]。同年，西安工業(yè)大學(xué)的王嘉等人針對(duì)振動(dòng)對(duì)Sagnac式AFOCT測(cè)量結(jié)果的影響，也提出一種光路改進(jìn)方法來(lái)消除傳感器對(duì)振動(dòng)的敏感性，其基本原理是抵消Sagnac效應(yīng)而不影響Faraday磁光效應(yīng)，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)后的傳感器對(duì)減小振動(dòng)敏感性達(dá)到一定效果[39]。2012年，哈爾濱工程大學(xué)李緒友等人針對(duì)Sagnac光纖電流互感器的振動(dòng)問(wèn)題，給出一種新型的AFOCT傳感頭方案，即增加外部閉環(huán)線圈，通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證了此方案能夠在一定程度上消除AFOCT在實(shí)際環(huán)境中所受振動(dòng)的不利影響[40]。

3.2 電路問(wèn)題及研究

AFOCT未能廣泛實(shí)用化出于很多原因，上述的研究都是通過(guò)改善光路部分來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，決定AFOCT測(cè)量準(zhǔn)確度的另一個(gè)關(guān)鍵部分是信號(hào)處理方法，近年來(lái)，為更好地提高AFOCT整體的測(cè)量精度和抗干擾性能，研究者對(duì)電路部分也做了大量研究[41-42]。

2012年，中國(guó)航天電子技術(shù)研究院王巍等人針對(duì)集成光學(xué)調(diào)制器調(diào)制系數(shù)隨溫度變化從而影響測(cè)量精度的問(wèn)題，提出一種反饋控制的方法，對(duì)調(diào)制系數(shù)引起的調(diào)制通道增益變化進(jìn)行補(bǔ)償，有效降低了調(diào)制系數(shù)變化引起的測(cè)量誤差[43]。2014年，暨南大學(xué)羅云瀚等人針對(duì)外界干擾引起的變化，在正弦調(diào)制基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的信號(hào)解調(diào)方案，即通過(guò)二次諧波分量S2和四次諧波分量S4解出有效調(diào)制深度a的補(bǔ)償干擾解調(diào)算法，通過(guò)搭建AFOCT裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，改進(jìn)的解調(diào)算法使系統(tǒng)的抗干擾性能提高了30倍[44]。同年，中國(guó)工程物理研究院李建中等人針對(duì)AFOCT光路十分微弱的信號(hào)，提出一種基于數(shù)字開(kāi)環(huán)的AFOCT檢測(cè)系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)方案，利用開(kāi)環(huán)電路研制AFOCT樣機(jī)，搭建準(zhǔn)確度檢驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了該方案有效地提高了系統(tǒng)靈敏度[45]。2015年，北京郵電大學(xué)歐陽(yáng)康等人介紹了一種新型調(diào)制解調(diào)方案的AFOCT，采用歸零方波調(diào)制，以正弦波信號(hào)作為本振信號(hào)實(shí)現(xiàn)模擬相干解調(diào)，對(duì)采樣信號(hào)做數(shù)字信號(hào)處理完成階梯波閉環(huán)反饋，研制了原理樣機(jī)并驗(yàn)證了方案的有效性[46]。同年，航天十六所的汪剛等人根據(jù)反射式光纖電流互感器的原理，分析了互感器解調(diào)系統(tǒng)輸出信號(hào)的特性，給出一種FPGA+MCU的AFOCT的解調(diào)系統(tǒng)，對(duì)解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試驗(yàn)證了解調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)FOCT交流及直流電流信號(hào)進(jìn)行解析[47]。

電路部分除了對(duì)調(diào)制解調(diào)的研究，還有動(dòng)態(tài)性能仿真研究。2011年，湖南大學(xué)王娜等人對(duì)AFOCT進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模和隨機(jī)建模。動(dòng)態(tài)仿真得出所需的幅頻和相頻特性，從所獲得的階躍響應(yīng)曲線來(lái)看，無(wú)振蕩，平穩(wěn)性好。對(duì)隨機(jī)建模，先實(shí)測(cè)一組噪聲波形，再隨機(jī)噪聲仿真產(chǎn)生同樣的隨機(jī)噪聲波形，得出兩者的Allan方差曲線很相似，即證明了模型的正確性[48]。 2014年，江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院陳剛等人對(duì)AFOCT閉環(huán)控制系統(tǒng)建模，在Labview軟件平臺(tái)上搭建仿真平臺(tái)，通過(guò)改變光纖匝數(shù)和溫度等參數(shù)進(jìn)行影響因素分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能可調(diào)節(jié)性，結(jié)果驗(yàn)證了AFOCT具有優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能[49]。同年，北京航空航天大學(xué)的王夏霄等人對(duì)AFOCT的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了閉環(huán)帶寬與延遲光纜長(zhǎng)度成反比，與前向通道增益成正比，為在延遲光纜長(zhǎng)度的選取，對(duì)系統(tǒng)影響前向通道增益各參數(shù)的選擇方面，提供了理論基礎(chǔ)和依據(jù)[50]。

3.3 產(chǎn)品工程化問(wèn)題及研究

目前，AFOCT已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室過(guò)渡到實(shí)際試運(yùn)行階段，但成型的產(chǎn)品以及產(chǎn)品在用電負(fù)荷增長(zhǎng)迅猛的電網(wǎng)實(shí)用化過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)可靠性差等問(wèn)題[51]。

2015年，國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院侯繼彪等人針對(duì)南環(huán)220kV智能變電站示范工程中遇到的線路保護(hù)問(wèn)題，分析出原因是受到了斷路器機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生振動(dòng)的影響，對(duì)此提出了一種優(yōu)化AFOCT結(jié)構(gòu)的方法。更改后的AFOCT實(shí)驗(yàn)錄波顯示，三相均無(wú)噪聲電流輸出，保護(hù)裝置未啟動(dòng)，消除了影響繼電保護(hù)可靠性的隱患，現(xiàn)場(chǎng)的通流實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)構(gòu)后的精度未受影響[52]。

2016年許繼集團(tuán)顏語(yǔ)等人針對(duì)AFOCT進(jìn)行電磁兼容測(cè)試，測(cè)試在許繼集團(tuán)電子互感器公司中試部進(jìn)行，選定相應(yīng)的裝置和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行抗擾度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示AFOCT此次的電磁兼容實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了丟幀和不合格情況，對(duì)此作者又對(duì)互感器電源模塊信號(hào)板的部分電路進(jìn)行了整改，整改后對(duì)反射式AFOCT進(jìn)行電磁兼容實(shí)驗(yàn)復(fù)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠達(dá)到一定的要求[53]。

4 總結(jié)與展望

AFOCT較傳統(tǒng)電磁式電流互感器有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室從原理性階段過(guò)渡到與電力系統(tǒng)相結(jié)合的階段，有部分國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)掛網(wǎng)試運(yùn)行。當(dāng)前，國(guó)網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)步伐正有力推進(jìn)，AFOCT技術(shù)作為信息采集的關(guān)鍵技術(shù)在不斷創(chuàng)新，新技術(shù)在帶來(lái)諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。進(jìn)一步研究AFOCT的新理論、新方法并盡快實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和產(chǎn)品化是一項(xiàng)重要且緊迫的任務(wù)。如果能盡快順利解決尚存的穩(wěn)定性和精度等問(wèn)題，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，AFOCT將在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用并帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Present Research Situation of All-Fiber-Optical Current Transformer

Yang Hanrui，Yang Yan，Shang Sifei，Zhou mo

(School of Automation Engineering，Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012)

Fiber Optical Current Transformers have broad application prospects in the power system because of its good insulation properties，high safety，wide dynamic range，high accuracy，digital output，etc.The performance of the traditional electromagnetic current transformer and Fiber Optical Current Transformer are compared in this paper.The Faraday magneto-optic effect principle of Fiber Optical Current Transformer and the typical structural models of All-Fiber-Optical Current Transformer are described.Additionally，the recent research advance of All-Fiber-Optical Current Transformer is reviewed，and its key problems and solutions that appeared in the research and practical procedure are summed up.

Electromagnetic current transformer；All-Fiber-Optical Current Transformer；Faraday magneto-optic effect

2016-06-12

吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20160101249JC)；吉林市科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(20156404)；東北電力大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助課題(BSJXM-201419)

楊漢瑞(1986-)，女，博士，講師，主要研究方向：光纖傳感技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù).

1005-2992(2017)03-0090-07

TM452

A

電子郵箱： yanghanrui1208@163.com(楊漢瑞)；Yolanda0124@163.com(楊燕)；13844227332@163.com(尚思飛)；411253329@qq.com(周沫)