| 项目简介 |
1 项目特点
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本项目为国家专利项目，专利号：ZL 00 2 61363.8.2001。电力工业是国家经济建设的基础工业，在国民经济中占有举足轻重的地位.随着科学技术的进步和电力工业的发展，高达数百千伏的输电、变电站、网已被越来越多的引入电力系统,一次仪表和二次仪表之间的电绝缘和信息传递的可靠性要求可能使传统的测量手段无用武之地.目前，在高电压、大电流、强功率的电力系统中，测量电流的常规技术是采用以电磁感应原理作为基础的电流互感器（简称为CT）.传统的电流测量和电路防护技术的内在弱点及其困难，已为电力工业界的工程技术人员认识,电磁式电流互感器的缺点显得越来越突出：绝缘困难，制造成本高，体积大，重量重，潜在着突然失效的危险，输出端不能开路，易受电磁干扰，存在测量误差等.因此,必须研究发展新型的高压测量设备.
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光学电流互感器(Optical Current Transducer, 简称OCT)是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置.它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小. 与传统的电磁感应式电流互感器相比,在高电压大电流测量的应用中采用OCT具有明显的优越性:1)不含油,无爆炸危险;2)与高压线路完全隔离,满足绝缘要求,运行安全可靠;3) 不含铁心,无磁饱和、铁磁共振和磁滞现象;4) 不含交流线圈,不存在输出线圈开路危险,可以测量直流;5)抗电磁干扰;6)响应频域宽;7)便于遥感和遥测;8)有利于变电站综合自动化水平的提高;9)体积小、重量轻、易安装等.
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光学电流互感器的研究对于电力传输工业的发展以及输电网络的运行具有十分重要的意义.随着技术的进步和发展，电力系统的工作电压日益增高，寻求具有高精度、大测量范围、安全可靠的新型电流互感器的呼声日趋强烈,同时新型电流互感器的巨大的潜在市场是显而易见的.尽管近年来对OCT的研究已经取得了许多可喜的成果，但由于存在这样或那样的技术难题,毕竟实用化的系统尚不多见.这种局面必然激发工作于OCT研究领域学者的研究兴趣与热情.
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2 应用前景
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对三相电流的正确测量对于电力系统的计量、继电保护、故障测距和定位具有重要意义.本项目致力于研究用光学方法，以光纤为媒质，用一路光和一套检测系统实现电力系统三相电流瞬时值同时测量的理论，即三相光学电流互感器(简称TOCT)的研究.该系统完全克服了电磁式电流互感器的缺点.更为重要的是，比起单相光学电流互感器，三相光学电流互感器结构简单、性能可靠，实现了用一套检测系统对电力系统三相电流的同时测量.
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在电力系统的电流保护中,传统电磁式电流互感器的接线方式主要有四种: 三相星形、两相不完全星形、两相电流差和两相三继电器接线方式.分析这些接线方式的特点可以知道:1)为实现电流保护,至少需要检测电力系统三相电流中的两相电流.就是说,如果仅检测一相电流,则测量结果对电流保护而言毫无意义.2)同时检测电力系统三相电流是最为可靠的电流保护接线方式.有鉴于此,本项目拟创立一种全新的TOCT结构,并分析其基本原理和稳定性问题.显然,TOCT的测量结果对电力系统的评价更全面，更具系统性，特别是在系统故障和不对称运行时.同时, TOCT的提出也满足了电力系统继电保护技术向“系统保护”和“光纤化”发展的方向. 到目前为止,除了差动保护和纵联保护外,所有继电保护装置都只能反映保护安装处的电气量. 继电保护的作用也只限于切除故障元件,缩小事故影响范围.这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段.为了实现“系统保护”,就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据,这要求系统不但能“感”,而且能“传”.显然,基于光纤传感技术的TOCT,由于数据传输的方便性,在“系统保护”方面拥有广阔的应用潜力.
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三相光学电流互感器是融纤维光学、微电子学、精密机械和计算机等学科于一体的高新技术，这就注定它是一门难度大、协作配套广的知识密集型产业，故对其理论的深层次研究和新原理传感器的开发并解决实用化问题当是第一要务.可以相信，三相光学电流互感器系统会在三相电流、零序电流、雷击电流等量的测量中发挥巨大作用，在远距离差动保护和故障诊断等继电保护方面也会获得广泛的应用.
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3 研究内容
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① 三相光学电流互感器的基础理论研究
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包括系统的建模，调制方式的分析比较等，从理论层面上为三相光学电流互感器的建立提供科学依据.目前已经用矩阵光学的方法建立了基于法拉第磁光效应的三相光学电流互感器的数学模型,为相关的研究提供了理论基础，理论分析和仿真结果均证明了系统的可行性.
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② 三相光学电流互感器的稳定性研究
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深入研究光学电流传感器的理论与技术，解决实用化问题.从光纤本身而言，要探索双折射在外界环境因素如温度、振动的影响下对TOCT的干扰机理，从而为改进传感头的设计和选用传感头材料提供理论依据.在传感头的设计上，考虑采用参考光路引入参考信号来解决由于光学结构的漂移特性对测量的影响.
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③ 智能化三相光学电流互感器的研究
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电力系统对三相光学电流互感器传感头的作用是复杂的、非线性的，有必要利用现代信息处理技术对三相光学电流互感器系统进行建模和辨识，使测量中遇到的诸如非线性、补偿、漂移等问题得到比较圆满的解决，更可以利用跟踪滤波法、模糊传感技术、神经网络等现代信息处理技术去除噪声、提高信噪比以谋求系统可靠性的提高.
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