论文部分内容阅读
【摘要】传统的电磁式电流互感器在高压输电线的继电保护应用中由于其检测原理所带来的弊端越来越明显，已经无法适应现在高压输电对继保装置的要求。与此同时基于法拉利磁光效应的光学电流互感器，由于其测量精度、可靠性较高，完全可以胜任如今高压输电的要求，所以成为了继电保护领域的研究热点。
【关键词】电流互感器;OCT;继电保护
在电力系统中，对电力设备的运行情况进行监视和测量是保证各种电气设备的安全和有效运行的前提。电磁式电流互感器由于其简单的构造，稳定的运行，较低的成本，在电力系统中应用较广泛。但是，传统的电流互感器由于其工作原理的限制无法满足电力系统大容量和高电压的要求。
为了满足电力系统的发展提出的最新要求，新型的电流互感器的发展就变得格外重要，其中光学电流互感器（Optical Current Transducer，简称OCT）由于其独特的工作原理和良好的通讯能力逐渐的在电力系统中崭露头角。
1.OCT的基本原理
光学电流传感原理是基于法拉利磁光原理。由于电流在传输的过程中会在导线周围产生交变的磁场，通过对磁场强度的测量然后对其线积分就可得到电流的大小。根据法拉利磁光效应，线偏振光在与其传播方向平行的外界磁场的作用下通过晶体或光学玻璃时，其偏振面将发生偏转，偏转角H为：
其中，L是磁光材料的磁导率;V为磁光材料的Verdet常数;H磁光材料周围的磁场强度;L为通过磁光材料的偏振光的光程长度。当偏振光围绕i形成回路时，通过计算就可得出电流的大小。
其中，N为线偏振光围绕i的环路数。
2.光学电流互感器的构成
OCT数字信号处理单元先将光学电流传感器采样的模拟信号经光纤传输到DSP系统处理，最后传到继电保护单元，再判断是否有保护动作。由于光纤传输可以绝缘高低压系统和实现采样数据由高压向低压的高速传输，所以节约了大量的绝缘设备并且让高速数字信号处理器实现了信息处理的实时性，保护动作更加迅速和精确。
为了能与传统的模拟接口兼容，光学电流互感器需要一个模拟量输出接口。本文选用TMS320C32数字信号处理芯片。该芯片最高主频为O.1MHz，可实现16为采集信号的输入和输出;具有双路异步串行通讯功能和看门狗电路为未来硬件和软件的升级提供有效的支持;有较高的稳定性，能在恶劣环境下稳定工作。
在低压端安装功率放大器就可得到额定的电流和功率。同时要保证输出电流的相位、幅值等性质与传统电流互感器一样。这样，光学电流互感器系统可以实现与传统的电流互感器和电压互感器以及其他模拟仪表和装置的无缝连接。使得现场总线技术可以经由光学电流互感器实现点对点和多个点对点的高效通讯，大大的简化了复杂的二次接线，实现了信息的共享。
3.光学电流互感器与继电保护装置的连接
光传感头将检测的电流信号经过光纤传输系统传输到信号处理单元，再由信息合并单元将信息合并后，由主从中央处理器处理后送到各个终端。
传统的电磁互感器只能输出5A或1A的模拟量电流，由于现代的电力系统的微机保护系统需要数字信号的输入，传统的电磁互感器需要经过复杂的外围电路进行模数转换才能提供有效的信号给保护装置。这种复杂的二次接线不但降低了信号的精度而且使得微机保护的可靠性降低。
而拥有数字信号处理单元的光学电流互感器可以提供多种数字信号给控制单元，简化了外围电路，提高了检测、计量和控制系统的精确度和可靠性，减少了系统故障的误报警。与此同时，使得二次设备集成化，将改变电力保护设备的整体构造和保护方式。
（1）光接收模块
光接收模块实现光电信号的转换，将由光信号传感器传输来的信号转换为电信号，该模块可以处理6通道的信号，最后将信号传输到信号处理单元。光接收模块的技术要求主要是信号幅值的变化时间和时钟精度以及脉冲宽度失真的大小。
（2）中央处理单元
中央处理单元对传输来的信号进行处理和判断并发出控制信号，在整个继电保护系统中起到核心作用。为了保障处理信号的高效和稳定，该单元采用双中央处理器，其中主处理器采用具有以太网接口的MCF5272处理器。由于拥有以太网接口和较高容量的缓冲区，处理器可以接受完整的采样信号不会出现信号丢失的情况，从而实现高速的信号运算和控制信号传输的实时性，大大提高了继电保护系统的稳定性和可靠性。
从CPU采用型号为80C196KC的处理器，实现人机接口和通讯的任务和其他辅助的功能为未来模块的升级留有空间。双口RAM模块实现两个CPU之间数据的交换。
4.总结
由于光学电流互感器不存在饱和问题，杜绝了传统电磁式电流互感器经常出现的误动作。另外，光学电流互感器采用的高速的数字信号处理器和光学传感器提高了信息处理的精度。可以预见，光学电流互感器将在电力系统中得到广泛的应用。
参考文献
[1]李炜.基于自适应技术的组合式光学电流互感器的研究：（硕士学位论文）.北京：华北电力大学，2002.
[2]邸荣光，刘仕兵.光电式电流互感器技术的研究现状与发展.电力自动化设备，2006，26（8）：98-100.
[3]王政平，孙伟民，N.Ning等一种新型多环光路光学电流传感器的研究.光子学报.1996，25（9）：831-835.
【关键词】电流互感器;OCT;继电保护
在电力系统中，对电力设备的运行情况进行监视和测量是保证各种电气设备的安全和有效运行的前提。电磁式电流互感器由于其简单的构造，稳定的运行，较低的成本，在电力系统中应用较广泛。但是，传统的电流互感器由于其工作原理的限制无法满足电力系统大容量和高电压的要求。
为了满足电力系统的发展提出的最新要求，新型的电流互感器的发展就变得格外重要，其中光学电流互感器（Optical Current Transducer，简称OCT）由于其独特的工作原理和良好的通讯能力逐渐的在电力系统中崭露头角。
1.OCT的基本原理
光学电流传感原理是基于法拉利磁光原理。由于电流在传输的过程中会在导线周围产生交变的磁场，通过对磁场强度的测量然后对其线积分就可得到电流的大小。根据法拉利磁光效应，线偏振光在与其传播方向平行的外界磁场的作用下通过晶体或光学玻璃时，其偏振面将发生偏转，偏转角H为：
其中，L是磁光材料的磁导率;V为磁光材料的Verdet常数;H磁光材料周围的磁场强度;L为通过磁光材料的偏振光的光程长度。当偏振光围绕i形成回路时，通过计算就可得出电流的大小。
其中，N为线偏振光围绕i的环路数。
2.光学电流互感器的构成
OCT数字信号处理单元先将光学电流传感器采样的模拟信号经光纤传输到DSP系统处理，最后传到继电保护单元，再判断是否有保护动作。由于光纤传输可以绝缘高低压系统和实现采样数据由高压向低压的高速传输，所以节约了大量的绝缘设备并且让高速数字信号处理器实现了信息处理的实时性，保护动作更加迅速和精确。
为了能与传统的模拟接口兼容，光学电流互感器需要一个模拟量输出接口。本文选用TMS320C32数字信号处理芯片。该芯片最高主频为O.1MHz，可实现16为采集信号的输入和输出;具有双路异步串行通讯功能和看门狗电路为未来硬件和软件的升级提供有效的支持;有较高的稳定性，能在恶劣环境下稳定工作。
在低压端安装功率放大器就可得到额定的电流和功率。同时要保证输出电流的相位、幅值等性质与传统电流互感器一样。这样，光学电流互感器系统可以实现与传统的电流互感器和电压互感器以及其他模拟仪表和装置的无缝连接。使得现场总线技术可以经由光学电流互感器实现点对点和多个点对点的高效通讯，大大的简化了复杂的二次接线，实现了信息的共享。
3.光学电流互感器与继电保护装置的连接
光传感头将检测的电流信号经过光纤传输系统传输到信号处理单元，再由信息合并单元将信息合并后，由主从中央处理器处理后送到各个终端。
传统的电磁互感器只能输出5A或1A的模拟量电流，由于现代的电力系统的微机保护系统需要数字信号的输入，传统的电磁互感器需要经过复杂的外围电路进行模数转换才能提供有效的信号给保护装置。这种复杂的二次接线不但降低了信号的精度而且使得微机保护的可靠性降低。
而拥有数字信号处理单元的光学电流互感器可以提供多种数字信号给控制单元，简化了外围电路，提高了检测、计量和控制系统的精确度和可靠性，减少了系统故障的误报警。与此同时，使得二次设备集成化，将改变电力保护设备的整体构造和保护方式。
（1）光接收模块
光接收模块实现光电信号的转换，将由光信号传感器传输来的信号转换为电信号，该模块可以处理6通道的信号，最后将信号传输到信号处理单元。光接收模块的技术要求主要是信号幅值的变化时间和时钟精度以及脉冲宽度失真的大小。
（2）中央处理单元
中央处理单元对传输来的信号进行处理和判断并发出控制信号，在整个继电保护系统中起到核心作用。为了保障处理信号的高效和稳定，该单元采用双中央处理器，其中主处理器采用具有以太网接口的MCF5272处理器。由于拥有以太网接口和较高容量的缓冲区，处理器可以接受完整的采样信号不会出现信号丢失的情况，从而实现高速的信号运算和控制信号传输的实时性，大大提高了继电保护系统的稳定性和可靠性。
从CPU采用型号为80C196KC的处理器，实现人机接口和通讯的任务和其他辅助的功能为未来模块的升级留有空间。双口RAM模块实现两个CPU之间数据的交换。
4.总结
由于光学电流互感器不存在饱和问题，杜绝了传统电磁式电流互感器经常出现的误动作。另外，光学电流互感器采用的高速的数字信号处理器和光学传感器提高了信息处理的精度。可以预见，光学电流互感器将在电力系统中得到广泛的应用。
参考文献
[1]李炜.基于自适应技术的组合式光学电流互感器的研究：（硕士学位论文）.北京：华北电力大学，2002.
[2]邸荣光，刘仕兵.光电式电流互感器技术的研究现状与发展.电力自动化设备，2006，26（8）：98-100.
[3]王政平，孙伟民，N.Ning等一种新型多环光路光学电流传感器的研究.光子学报.1996，25（9）：831-835.