CN107192870B - 一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，包括：传感单元，设置在所述高压设备的内部，用于采集所述高压设备内部的支路电流信号；光纤，包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输所述高压设备内部的支路电流信号；所述第一高压段光纤，与所述传感单元连接并设置在所述高压设备的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管；所述第二高压段光纤，设置在所述高压设备的内部并分段固定于光纤槽内。适用于高压领域，可安装到柔性直流输电的直流换流阀或高压直流断路器等高压设备的阀塔内部，对高压设备内部的支路电流进行测量，既保证了电流的有效测量，又不破坏高压设备的绝缘性能，同时还能够满足一定的机械强度要求。
Description
技术领域
本发明涉及电力***高压技术领域，具体涉及一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器。
背景技术
随着电力***电力电子技术的发展，越来越多的基于电力电子器件的换流装置开始应用于交直流输电***，例如直流断路器、统一潮流控制器、高压直流/直流变换器等，在实际应用中需要经常对这些高压设备的内部支路电流进行测量。
基于法拉第磁光效应、电光效应的全光纤电流传感器又被称为纯光电流互感器，作为新型电子式电流互感器，由于其精度高、量程大、响应快、频带宽、体积小、抗干扰能力强、绝缘性能好等优势，逐渐被应用于电力***的自动化变电站、高压直流输电、高铁和船舶等领域。柔性直流输电对电流传感器的延时、带宽和精度要求较高，全光纤电流传感器能够同时测量电流的交直流分量，延时远远小于其它类型电流传感器。全光纤电流传感器应用于柔性直流输电***中时，优势发挥得更为明显。
全光纤电流传感器虽然相对于其它类型的电流传感器体积较小，但应用在高压场合时，也是应用在高压设备的阀塔外部，采用支撑或悬吊独立安装，通过支撑绝缘子或者悬吊绝缘子保障绝缘和机械性能。中国专利CN105067875A公开了一种全光纤电流互感器，包括通过光纤连接的高压侧的一次传感单元部分和低压侧的二次采集机箱部分，所述一次传感单元部分采集高压侧的电流并将所述电流通过所述光纤传输给所述二次采集机箱部分；所述光纤安装在可折叠的分段式复合绝缘子内。可用于母线周围，但不能应用于高压设备内部测量支路电流。
目前常规的全光纤电流传感器在高压场合应用时一般有两种绝缘方案。一种是独立绝缘子安装，将紧套保偏光纤密封在绝缘子内部，利用绝缘子实现高压端与地电位间的绝缘；针对高压设备内部支路电流的测量需求，由于会破坏高压设备原有的绝缘设计，高压设备内部不能直接***绝缘子，因此不能使用该绝缘子方案。另一种是将全光纤互感器的敏感环安装在高压套管的地电位外壳上，利用套管保障绝缘，由于敏感环处于地电位，因此可以使用普通松套光纤。而普通松套光纤是在紧套保偏光纤外面增加一层外护套，中间放入芳纶来提高机械性能，同时中间会有空气。如果在高压设备内部直接使用普通松套光纤，由于光纤内部有空气，外护套透气性不好，随着外部环境温度的变化，光纤内部空气中的水汽凝结聚集会破坏光纤的绝缘性能。另外，在高压设备上应用的通信光纤，采用粗紧套光纤(直径2mm以上)，由于中间没有空气，虽然解决了高压绝缘和机械强度问题，但由于保偏光纤对应力比较敏感，因此使用粗紧套光纤不能保证有效测量也不能使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中通过全光纤电流传感器测量高压设备内部电流时难以同时兼顾有效测量、高压绝缘性能和机械强度的缺陷。
本发明提供一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，包括：
传感单元，设置在所述高压设备的内部，用于采集所述高压设备内部的支路电流信号；
光纤，包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输所述高压设备内部的支路电流信号；所述第一高压段光纤，与所述传感单元连接并设置在所述高压设备的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管；所述第二高压段光纤，设置在所述高压设备的内部并分段固定于光纤槽内。
优选地，所述传感单元包括敏感环，所述高压设备内部的导体穿过所述敏感环以传输所述高压设备内部的支路电流信号。
优选地，所述光纤为紧套保偏光纤。
优选地，所述紧套保偏光纤的直径范围为800微米至1200微米。
优选地，所述第二高压段光纤的外部设置有绝缘波纹管。
优选地，所述光纤还包括第一地电位段光纤和第二地电位段光纤；所述第一地电位段光纤的外部设置有金属护套，所述第二地电位段光纤的外部设置有管状防护物。
优选地，所述第一地电位段光纤和所述第二地电位段光纤之间设置有光纤熔接盒。
优选地，所述第二地电位段光纤与电子单元连接。
优选地，所述电子单元包括合并单元。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，包括：传感单元，设置在所述高压设备的内部，用于采集所述高压设备内部的支路电流信号；光纤，包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输所述高压设备内部的支路电流信号；所述第一高压段光纤，与所述传感单元连接并设置在所述高压设备的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管；所述第二高压段光纤，设置在所述高压设备的内部并分段固定于光纤槽内。该全光纤电流传感器，适用于高压领域，可安装到柔性直流输电的直流换流阀或高压直流断路器等高压设备的阀塔内部，用于对高压设备内部的支路电流进行测量，相较于专利CN105067875A，本发明提供的全光纤电流传感器安装在高压设备阀塔内部，能够对高压设备内部支路电流进行测量，不仅保证了电流的有效测量，又不破坏高压设备的绝缘性能，并且不使用绝缘子来保障绝缘和机械强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器的示意图；
图2为一种紧套保偏光纤的结构示意图；
图3为图1所示的全光纤电流传感器用于混合式直流断路器的示意图。
附图标记：
1-敏感环；2-光纤；3-螺旋管；4-分段固定点；5-光纤槽；6-绝缘波纹管；7-高压设备；8-地沟；9-金属波纹管或其它管状防护物；10-光纤熔接盒；11-不需要考虑绝缘的护套；12-电子单元；13-高压段；14-地电位段；18-内涂覆层；19-外涂层；
15-混合式直流断路器的支路1；16-混合式直流断路器的支路2；17-混合式直流断路器的支路3；20-全光纤电流传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，如图1所示。在高压段13和地电位段14之间以及高压段13和地电位段14的内部设置有全光纤电流传感器。全光纤电流传感器主要包括传感单元和光纤2。所述传感单元，设置在高压设备7的内部，用于采集高压设备7内部的支路电流信号。具体地，所述传感单元包括敏感环1，高压设备7内部承载电流的导体穿过敏感环1以传输高压设备7内部的支路电流信号。敏感环1通过光纤2连接到电子单元12。敏感环1可与导体等电位连接，也可相对绝缘。在高压段13的高压设备7可以是柔性直流输电换流阀、高压直流断路器的阀塔等。
在高压段13，光纤2需进入高压设备7的阀塔内部，周围有时或一直存在高压，因此，在高压段13的光纤2对绝缘有较高要求。在高压段13的光纤2包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输高压设备7内部的支路电流信号。所述第一高压段光纤，即阀塔内部段光纤，与所述传感单元连接并设置在高压设备7的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管3，所述第一高压段光纤用螺旋管3缠绕，并固定在阀塔结构件、铜排或管母上。所述第二高压段光纤，即光纤槽内部段光纤，设置在高压设备7的内部的边缘，并分段固定于光纤槽5内。具体地，所述第二高压段光纤的外部设置有绝缘波纹管6。所述第二高压段光纤首先用可耐高压的绝缘波纹管6保护再分段固定在光纤槽5上，也可不要绝缘波纹管的保护，直接固定在光纤槽5上。所述第二高压段光纤从高压设备7的内部至地电位段14，对其分别设置有多个分段固定点4，通过分段固定保证了光纤的机械强度。在高压段13通过螺旋管3和绝缘波纹管6对光纤进行防护，由于螺旋管和绝缘波纹管的透气性好，不会造成水汽的凝结，因而不会影响绝缘。相较于现有技术的普通松套光纤，随着外部环境温度的变化，不会破坏光纤的绝缘性能。
具体地，光纤2为紧套保偏光纤，其结构示意图如图2所示。光纤2的内涂覆层18可采用丙烯酸酯等，外涂层19可采用乙烯四氟乙烯聚合物等。为保证紧套保偏光纤的光纤性能，紧套保偏光纤的直径较小，所述紧套保偏光纤的直径范围为800微米至1200微米。在高压设备中使用细紧套保偏光纤，为保证其耐拉力和压力、弯折等机械性能，需要对细光纤进行分段固定，降低对光纤的拉力，同时高压设备内部使用细紧套保偏光纤能够使光纤的光学性能不受影响。相较于现有技术的粗紧套光纤，克服对应力比较敏感的问题，从而保证机械强度。
本发明提供的用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，包括：传感单元，设置在所述高压设备的内部，用于采集所述高压设备内部的支路电流信号；光纤，包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输所述高压设备内部的支路电流信号；所述第一高压段光纤，与所述传感单元连接并设置在所述高压设备的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管；所述第二高压段光纤，设置在所述高压设备的内部并分段固定于光纤槽内。该全光纤电流传感器，适用于高压领域，可安装到柔性直流输电的直流换流阀或高压直流断路器等高压设备的阀塔内部，用于对高压设备内部的支路电流进行测量，相较于专利CN105067875A，本发明提供的全光纤电流传感器安装在高压设备阀塔内部，能够对高压设备内部支路电流进行测量，不仅保证了电流的有效测量，又不破坏高压设备的绝缘性能，并且不使用绝缘子来保障绝缘和机械强度。
作为一个具体的实施方式，光纤2在地电位段14还包括第一地电位段光纤和第二地电位段光纤。所述第一地电位段光纤，设置在地沟8内，其外部设置有金属波纹管或其它管状防护物9。所述第一地电位段光纤和所述第二地电位段光纤之间设置有光纤熔接盒10。所述第二地电位段光纤由光纤熔接盒10接出，与电子单元12连接。所述第二地电位段光纤的外部设置有不需要考虑绝缘的护套11，如管状防护物等。
具体地，紧套保偏光纤2顺着光纤槽5由高压段13向地电位段14敷设，进入地电位段14后，紧套保偏光纤2在地电位段14没有绝缘要求。地电位段内如果有经过光纤槽5的部分，与高压段13的敷设方式相同。进入地电位段14，光纤2应就近接入光纤熔接盒10改变光纤的防护形式，改用带有不考虑绝缘的护套(如带金属的护套)。如果紧套保偏光纤2从光纤槽5中出来后需要穿过地沟8，则可在地沟8中用金属波纹管或其它管状防护物9进行防护。在地电位段14，细紧套光纤2在光纤熔接盒10处改变防护。在细紧套光纤2进入光纤熔接盒10之前，由于不需要考虑绝缘问题，使用金属波纹管或其它管状防护物9等不需要考虑绝缘但机械性能很好的护套，有效防止光纤划伤。
优选地，电子单元12还包括合并单元。如果电流传感器的路数较多，电子单元12可再通过合并单元进行电流信号的合并。
作为一个具体的实施方式，本发明的用于高压设备内部测量的全光纤电流互感器还可应用于混合式高压直流断路器中。图3所示为该全光纤电流互感器用于混合式直流断路器的简化拓扑示意图。混合式高压直流断路器通常有三个及以上支路，为减小占地面积，通常采用集中式设计，各支路布置于同一阀塔内，为测量各支路电流，可按照图3所示的方式布置本发明的用于高压设备内部测量的全光纤电流互感器20。其中，混合式直流断路器的支路1、混合式直流断路器的支路2和混合式直流断路器的支路3分别如图3中15、16和17所示，分别在三个支路的一端及并联端设置全光纤电流互感器20，以测量混合式高压直流断路器内部的各支路电流。
本发明提供的全光纤电流传感器用于测量高压设备内部的支路电流，全光纤电流传感器各部件不仅满足对应力和机械强度等的要求，而且满足设备的高压绝缘要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种用于高压设备内部测量的全光纤电流传感器，其特征在于，包括：
传感单元，设置在所述高压设备的内部，用于采集所述高压设备内部的支路电流信号；
光纤，包括第一高压段光纤和第二高压段光纤，用于传输所述高压设备内部的支路电流信号；所述第一高压段光纤，与所述传感单元连接并设置在所述高压设备的内部，所述第一高压段光纤的外部设置有螺旋管；所述第二高压段光纤，设置在所述高压设备的内部并分段固定于光纤槽内。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感单元包括敏感环，所述高压设备内部的导体穿过所述敏感环以传输所述高压设备内部的支路电流信号。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光纤为紧套保偏光纤。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述紧套保偏光纤的直径范围为800微米至1200微米。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第二高压段光纤的外部设置有绝缘波纹管。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光纤还包括第一地电位段光纤和第二地电位段光纤；所述第一地电位段光纤的外部设置有金属护套，所述第二地电位段光纤的外部设置有管状防护物。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第一地电位段光纤和所述第二地电位段光纤之间设置有光纤熔接盒。
8.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第二地电位段光纤与电子单元连接。
9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述电子单元包括合并单元。
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