【正文】 課題的來源及意義 近年來，伴隨現(xiàn)代高壓、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，電力系統(tǒng)正朝著大容量、高壓大電流方向發(fā)展，這就對(duì)電流測(cè)量裝置提出了更高的要求。傳統(tǒng)的電流測(cè)量裝置主要采用帶有鐵心的電磁式電流互感器，它的優(yōu)點(diǎn)在于 一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測(cè)電路中的負(fù)荷電 流，而與二次電流大小無關(guān)；電磁式電流互感器的二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，正常情況下接近短路狀態(tài)運(yùn)行，所以，一次側(cè)電流 I1 等于二次側(cè)的測(cè)量電流乘以額定互感比 K1。額定互感比近似等于二次側(cè)和一次側(cè)之間的匝數(shù)比 Kk。 但它有很多的致命缺點(diǎn)使得其不能滿足當(dāng)代要求，隨著電壓等級(jí)的提高和傳輸容量的增大 ,電磁式電流互感器呈現(xiàn)出以下缺點(diǎn) :、尺寸大、造價(jià)高。 3. 設(shè)備安裝、檢修不方便 ,維護(hù)工作量大。 4. 存在潛在的危險(xiǎn)，存在突然性爆炸及絕緣擊穿引起單相對(duì)地短路等系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素 。5. 除此以外 ,傳統(tǒng)的電磁式電流互感器還具有鐵磁共振、磁滯效應(yīng)等不利于測(cè)量的因素。 因而，其難以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，必須尋求基于其他傳感機(jī)理的電流測(cè)量裝置來取代之。 因此光纖式電流互感器應(yīng)運(yùn)而生，全光纖電流互感器的優(yōu)點(diǎn)在于其具絕緣無油，五 SF6 或其他氣體，腔內(nèi)無任何機(jī)械裝置。無二次開路的危險(xiǎn)。無鐵芯剩磁的問題。成本低而且動(dòng)態(tài)范圍大，可測(cè)交直流，無磁飽和，頻帶響應(yīng)寬，抗干擾能力強(qiáng)。但是隨著科技的發(fā)展，已不能滿足當(dāng)代對(duì)精度的更高要求和體積減小等問題。所以這種互感器也終將退出歷史舞臺(tái)，從而迎接光電混合電流互感 器的到來。光電混合是目前很有潛力的互感器，它的發(fā)展和完善是進(jìn)來電流檢測(cè)新技術(shù)發(fā)展的杰出代表。它的優(yōu)點(diǎn)有 ： 優(yōu)良的絕緣性能，造價(jià)低。不含鐵芯，消除了磁飽和，鐵磁諧振等問題?？闺姶鸥蓴_性能好，穩(wěn)定性好，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性。暫態(tài)響應(yīng)范圍大，測(cè)量精度高。頻率響應(yīng)范圍寬。沒有因充油而產(chǎn)生的易燃爆炸等危險(xiǎn)。體積小，重量輕。適應(yīng)了電力計(jì)量與保護(hù)數(shù)字化，微機(jī)化和自動(dòng)化發(fā)展的潮流。 電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題是基于電流檢測(cè)老技術(shù)基礎(chǔ)上的。時(shí)代的發(fā)展和對(duì)檢測(cè)技術(shù)的新要求讓電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題變得越來越重要，亟待我們的研究和設(shè) 計(jì)。光電式和光電混合式等的檢測(cè)新技術(shù)的出現(xiàn)可以滿足當(dāng)前需要，但是新技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步需要我們不斷的研究和設(shè)計(jì)。尤其是光電混合式電流互感器具有更加安全可靠的性能，能給我家經(jīng)濟(jì)和利益帶來極大的好處。研究和設(shè)計(jì)新型的光電混合電流互感器符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，使這種新技術(shù)真正的造福國(guó)家和廣大人民。因此電流檢測(cè)新技術(shù)這個(gè)課題的研究和設(shè)計(jì)有關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活水平，具有很長(zhǎng)遠(yuǎn)的國(guó)際戰(zhàn)略等意義。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外利用 Faraday 磁光效應(yīng)進(jìn)行電流測(cè)量的工作于六十年代起步，到七十年代初涌現(xiàn)出了多種新型電流互感器，并在八十年代末 九十年代的時(shí)候進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。美國(guó)、日本、法國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)先后研制出多種光電電≥電互感器樣機(jī)，并在實(shí)際高壓電站長(zhǎng)期運(yùn)行。國(guó)外 A B B、 AI— stom 、 Nxt Phase、 Si em ens等公司已經(jīng)開發(fā)出一系列光電電流互感器產(chǎn)品并在世界各地掛網(wǎng)運(yùn)行。日本除研究 500kV． 1000kV 高壓電網(wǎng)計(jì)量用的光電電流互感器外，還進(jìn)行 500kV 以下的直到 6． 6kV 電壓等級(jí)的零序電流互感器的研究。 1994 年 A 8B 公司推出有源式電流互感器，其電壓等級(jí)為 72． 5— 765kV ，額定電流為 600— 6000A ； 3M 公司在 1 9％年宣布已開發(fā)出用于 1 38kV 電壓等級(jí)的全光纖型電流互感器，可用于SOOkV 電壓等級(jí)； Photoni es 公司推出了一種用光推動(dòng)的光電式電流互感器，即”光電混合式電流互感器”，他們?cè)?1 995 年至 1 997 年期間在美國(guó)、英國(guó)、瑞典的超高壓電網(wǎng)上試運(yùn)行。法國(guó) ALSTOM 公司主要研究無源電子式電流互感器，目前已經(jīng)研制出了 1 23kV 一 756kv 的光學(xué)電流互感器、光學(xué)電壓互感器及組合式光學(xué)電流電壓互感器等多種電子式互感器。自 1995 年以來， ALSTOM 公司的電子式互感器已經(jīng)有多臺(tái)在歐洲 及北美運(yùn)行。 在國(guó)內(nèi)，直到上個(gè)世紀(jì) 60 年代初期，互感器的生產(chǎn)才逐步專業(yè)化，開始形成全國(guó)互感器行業(yè)?；诠鈱W(xué)原理的電子式互感器研究己經(jīng)展開并取得了一些理論上的成果，但還沒有在實(shí)際電力系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的光電互感器問世。我國(guó)光電電流互感器的研究始于七十年代，以 1 982 年在上海召開的“激光工業(yè)應(yīng)用座談會(huì)“為起步，主要研究單位有電子部 26所和 34所、清華大學(xué)、電力科學(xué)研究院、陜西電力局中心試驗(yàn)所 j上?；ジ衅鲝S、北方交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、湖南大學(xué)等都在光電式電流互感器的研究中投入了很多人力和物力，也取得了一定的成果， 但是其中大部分僅限于實(shí)驗(yàn)室探索階段。其中，清華大學(xué)和電力部電科院共同承擔(dān)的國(guó)家“七五”攻關(guān)項(xiàng)目，研究出了” 0kV 光電電流互感器樣機(jī)，但未長(zhǎng)期掛網(wǎng)運(yùn)行。 20xx 年，華中科技大學(xué)與廣東某公司合作研制的” O kV 光電電流互感器在梅州掛網(wǎng)試運(yùn)行。 20xx 年，清華大學(xué)研制的 1 10kV OEC T 樣機(jī)在山東掛網(wǎng)試運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)的光電電流互感器有以下三個(gè)特點(diǎn)： 1)光電電流互感器研究將在理論、實(shí)驗(yàn)和實(shí)用三個(gè)方面更緊密地結(jié)合。 2)數(shù)字化、智能化是光電電流互感器發(fā)展的必然趨勢(shì)。 3)光電電流互感器的發(fā)展將促進(jìn)磁、光、電材料的進(jìn) — 步開發(fā)。 國(guó)際電工委員會(huì)關(guān)于電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，以及我國(guó)已經(jīng)醞釀起草的電子式電流互感器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)示著電子式電流互感器的產(chǎn)品化應(yīng)用己經(jīng)初步具備了行業(yè)規(guī)范，為電子式電流互感器的市場(chǎng)化提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。經(jīng)過門年的電網(wǎng)改造，電網(wǎng)的綜合自動(dòng)化水平得到了很大的提高，對(duì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)瞬態(tài)保護(hù)提出了更快速的要求。隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大，輸電線路越來越長(zhǎng)，傳統(tǒng)的電流互感器己經(jīng)無法滿足距離保護(hù)的瞬態(tài)特性要求，預(yù)計(jì)在未來 5～ 10年中，電子式電流互感器會(huì)在各種電壓等級(jí)的電網(wǎng)中大量安裝和使用。隨著光電子學(xué)的發(fā)展和成熟，國(guó)內(nèi)外很多大學(xué)和 科研 | 初構(gòu)不斷投 ^精力和物力研究光電式電流互感器。發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，預(yù)計(jì)再過十幾年，光電式電流互感器將全面走向工業(yè)化。由于光電式電流互感器和傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，未來光電式電流互感器將會(huì)被廣泛的使用。 本課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容 目標(biāo)：隨著高壓輸電電壓等級(jí)的提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的體積也不斷增大，對(duì)絕緣的要求也越來越高，導(dǎo)致傳統(tǒng)電磁式電流互感器非常的笨重建造成本高，不能滿足日益提高的電壓的要求。選擇設(shè)計(jì)一種電流互感器，解決傳統(tǒng)電流互感器的體積和電流 大小的問題。 內(nèi)容：一種新型的電流互感器的想法油然而生，它的體積不隨電壓等級(jí)的提高而增大 ,只要讓二次側(cè)與地面絕緣就可以了，為此可以使用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，傳感頭采用電磁式互感線圈從輸電線感應(yīng)出電流，在對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行處理，包括濾波、邏輯變換、 AD 轉(zhuǎn)換、功率放大。把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光脈沖后，經(jīng)由光纖傳輸?shù)较路降孛娴慕邮掌魈幚聿⒆x取數(shù)值。此外，還需要另一個(gè)換線圈來提供電路部分的電源。 本章小結(jié) 隨著光電子技術(shù)的迅速發(fā)展，許多科技發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把目光轉(zhuǎn)向利用光學(xué)傳感技術(shù)和電子學(xué)方法來發(fā)展新型的電子式電流互感器，簡(jiǎn) 稱光電電流互感器。光電電流互感的特點(diǎn)和工作原理能夠很好的滿足我國(guó)當(dāng)前和未來的電力系統(tǒng)電流檢測(cè)的需要，是電流檢測(cè)新技術(shù)中發(fā)展前景特別好的一個(gè)方向。 由于光電式電流互感器和電磁式電流互感器相比有很多突出的有點(diǎn)，預(yù)計(jì)未來的 50 年中，光電式電流互感器會(huì)在各種電壓等級(jí)的電網(wǎng)中大量安裝和使用。除此之外，光電式電流互感器還可以用于一些其他場(chǎng)合，比如便攜式電流互感器、高頻電流測(cè)量、沖擊大電流測(cè)量等。所以本文選取光電混合式電流互感器作為研究和設(shè)計(jì)對(duì)象，選擇合適的方式和設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電力系統(tǒng)中電流的檢測(cè)。 第二章光電 電流互感器高壓側(cè)電路的研究 光線電流互感器的基本原理 光纖電流互感器從傳感頭有無電源供電可分為無源 OCT 和有源 OCT 兩大類。目前研究最具代表性的主要全光式光電電流互感器（ MOCT）有源型光電電流互感器（ HOCT） . 有源型 有源型又可稱為混合型（簡(jiǎn)稱為 HOCT）。所謂有源型光電