光電電流互感器測(cè)試與校驗(yàn)方法

林 杰，章文炳

（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建泉州，362332）

光電電流互感器測(cè)試與校驗(yàn)方法

林 杰，章文炳

（福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院，福建泉州，362332）

本文分析了光電電流互感器的測(cè)試與校驗(yàn)的方法，闡述了光電電流互感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)光電電流互感器的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了研究，同時(shí)還對(duì)光電電流互感器的虛擬校驗(yàn)儀進(jìn)行了說明，最后總結(jié)了光電電流互感器測(cè)試與校驗(yàn)方法的要點(diǎn)，旨在研究出適合光電電流互感器的測(cè)試發(fā)展，從而推動(dòng)光電電流互感器的發(fā)展和應(yīng)用。

光電電流互感器；測(cè)試；校驗(yàn)方法

1 光電電流互感器的結(jié)構(gòu)與工作原理

目前人們對(duì)光電電流互感器的研究還不是很多，有部分人認(rèn)為光電電流互感器和電磁式電流互感器的輸出方式和傳感原理相同，二次定額的輸出都是5A/1A，但是光電電流互感器不用通過二次定額，直接就能夠輸出數(shù)字信號(hào)，這與當(dāng)前電力系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展的方向十分契合。光電電流互感器分為兩種：有源式和無源式，區(qū)分的根據(jù)是看光電電流互感器高壓側(cè)的傳感頭需不需要連接工作電源。不同的光電電流互感器有不同的結(jié)構(gòu)和不同的工作原理，以下是兩種光電電流互感器的具體介紹。

1.1 光電電流互感器中的無源式

（1）工作原理：無源式光電電流互感器的工作原理是應(yīng)用的法拉第磁光效應(yīng)原理，就是磁光物質(zhì)在傳播無源式線偏振光時(shí)，受到磁場(chǎng)的影響光的振幅開始旋轉(zhuǎn)。通過大量的試驗(yàn)總結(jié)出了法拉第磁光效應(yīng)的表達(dá)式,這個(gè)表達(dá)式描述了磁光常數(shù)與線偏振光法拉第旋轉(zhuǎn)角和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，對(duì)無源式光電電流互感器的工作原理進(jìn)行了公式的表達(dá)。

（2）無源式光電電流互感器結(jié)構(gòu)，無源式互感器的結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，起偏器、檢偏器、光纖、光源驅(qū)動(dòng)器等都是無源式互感器的結(jié)構(gòu)部件。檢偏器能夠輸出和轉(zhuǎn)換光強(qiáng)信號(hào)，而光纖能夠傳輸信號(hào)到低壓端，然后光電探測(cè)器就將這些信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，最后微處理器通過這些信號(hào)得出電流的信息。

1.2 光電電流互感器中的有源式

有源光電電流互感器的工作原理應(yīng)用的是空心線圈或者是高精度小型電磁式電流互感器。就是低壓端對(duì)待測(cè)的大電流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)的方式十分多樣，例如:頻率調(diào)制、脈寬調(diào)制等方式。而待測(cè)電流到達(dá)低壓端的過程是：首先將待測(cè)的大電流信號(hào)通過空心線圈或者是高精度小型電磁式電流互感器轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，然后再使用電子電路將弱電信號(hào)調(diào)制成為數(shù)字電信號(hào)，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)就可以經(jīng)過光纖傳輸?shù)降蛪憾肆恕?/p>

2 光電電流互感器的測(cè)試系統(tǒng)

2.1 光電電流互感器測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

光電電流互感器測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)行原理就是標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和待測(cè)光電電流互感器的傳感頭通過串接，在同一個(gè)電流回路中工作。在測(cè)試系統(tǒng)中最重要的部分就是虛擬校驗(yàn)儀，因?yàn)橛?jì)算機(jī)采集到的信號(hào)最后都要由虛擬校驗(yàn)儀來進(jìn)行誤差計(jì)算，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并顯示出來。測(cè)試系統(tǒng)在對(duì)光電電流互感器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)性能測(cè)試時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的精密度可以高一些，能夠在測(cè)試中通過緊密電阻對(duì)電流和電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而測(cè)試系統(tǒng)在對(duì)光電電流互感器的暫態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電流的通道一般選擇霍爾電流傳感器。

2.2 光電電流互感器測(cè)試系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

在測(cè)試光電電流互感器的性能時(shí)，主要測(cè)試以下幾個(gè)性能指標(biāo)：光電電流互感器的相位誤差、穩(wěn)態(tài)比值誤差、暫態(tài)誤差及溫度變化對(duì)光電電流互感器的影響，以下是對(duì)這幾種性能指標(biāo)的詳細(xì)說明。

（1）光電電流互感器的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，測(cè)試穩(wěn)態(tài)性主要就是測(cè)試光電電流互感器模擬和數(shù)字輸出的額定比例系數(shù)，通常情況下這個(gè)系數(shù)由制造商公布，在測(cè)試時(shí)時(shí)通過傅里葉算法對(duì)數(shù)字輸出和模擬輸出的序列進(jìn)行計(jì)算求解。

（2）相位誤差，光電電流互感器中的相位指的是光電電流互感器輸出的一次電流相量的單位，計(jì)算相位誤差用的也是傅里葉算法，用傅里葉算法對(duì)光電電流互感器參考通道輸出的相位和數(shù)字序列進(jìn)行計(jì)算求解。

（3）溫度變化對(duì)光電電流互感器的影響

測(cè)試溫度對(duì)光電電流互感器產(chǎn)生影響的時(shí)候，是依據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的，IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了溫度變化的循環(huán)過程，在實(shí)際測(cè)試的過程中溫度的變化不得小于5K/h，其中熱時(shí)間常數(shù)是指光電電流互感器熱穩(wěn)定所需要的時(shí)間，這個(gè)數(shù)值也是由制造商公布的，制造商確定數(shù)值時(shí)是依據(jù)光電電流互感器的具體結(jié)構(gòu)和大小。

3 光電電流互感器的虛擬校驗(yàn)儀

虛擬校驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)輸出顯示的方式十分多樣，可以顯示曲線、圖表、數(shù)值等，同時(shí)虛擬校驗(yàn)儀還可以深層次的對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析和計(jì)算。虛擬校驗(yàn)儀根據(jù)光電電流互感器的性能設(shè)計(jì)了兩種測(cè)試儀：一種是暫態(tài)性性能測(cè)試儀，另外一種是光電電流互感器穩(wěn)態(tài)性。以下是對(duì)兩種測(cè)試儀的具體的說明：

3.1 虛擬校驗(yàn)儀的穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)儀

穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)儀的主要功能包括：光電電流互感器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下的相位誤差計(jì)算和比值，溫度變化對(duì)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的影響，還有諧波的處理。穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)儀的各參數(shù)是由穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)儀的前面板設(shè)定的，具體的參數(shù)有：通道的選擇、掃描速率的設(shè)定等。虛擬校驗(yàn)儀的顯示內(nèi)容有：相位誤差的曲線、對(duì)光電電流互感器采樣波形的數(shù)值顯示。

3.2 虛擬校驗(yàn)儀的暫態(tài)性能校驗(yàn)儀

虛擬校驗(yàn)儀的穩(wěn)態(tài)性能校驗(yàn)儀主要的功能是將光電電流互感器暫態(tài)過程中的待校驗(yàn)通道和暫態(tài)過程中標(biāo)準(zhǔn)通道輸出的波形顯示出來。暫態(tài)性能校驗(yàn)儀還能夠?qū)簯B(tài)誤差指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和顯示，最主要的就是計(jì)算光電電流互感器一次電流衰減的時(shí)間常數(shù)，這樣能夠?qū)怆婋娏骰ジ衅鞯膯栴}和事故進(jìn)行分析。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，光電電流互感器已經(jīng)進(jìn)入掛網(wǎng)試運(yùn)行的階段，這意味著光電電流互感器已經(jīng)不再停留于理論研究階段，正在逐漸投入使用。所以要對(duì)光電電流互感器的測(cè)試系統(tǒng)和校驗(yàn)方法進(jìn)行研究探討，促進(jìn)光電電流互感器的推廣應(yīng)用。本文研究了光電電流互感器的工作原理，并在此基礎(chǔ)上對(duì)光電電流互感器的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了研究，針對(duì)不同的情況提出了不同的測(cè)試方法，最后還對(duì)光電電流互感器的虛擬校驗(yàn)儀進(jìn)行了詳細(xì)的說明，為光電電流互感器的測(cè)試和校驗(yàn)提出了具體的方法指導(dǎo)。

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[2]張喬根,張禹,張璐.基于混合式光電電流互感器技術(shù)的脈沖微小電流信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)[J]. 高電壓技術(shù),2011,10:2337-2343.

[3]暢宏南.光電混合式脈沖大電流互感器[D].電子科技大學(xué),2013.

[4]歐陽(yáng)康.全光纖電流互感器信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué),2015.

Test and calibration method of photoelectric current transformer

Lin Jie,Zhang Wenbing
(Quanzhou Institute of science and technology, Fujian Normal University, Quanzhou Fujian,362332)

This paper analyzes the method of test and calibration of optical current transformer, the paper presents the structure and working principle of optical current transformer, and the photoelectric current transformer test system is studied, and the virtual tester of optical current transformer are described, finally summarizes the main points of optical current transformer test and calibration method, aims to study the test for the development of optical current transformer, so as to promote the development and application of optical current transformer.

Optical current transformer；Test；Calibration method