【摘要】傳統(tǒng)的電磁式電流互感器在高壓輸電線的繼電保護(hù)應(yīng)用中由于其檢測(cè)原理所帶來(lái)的弊端越來(lái)越明顯，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)在高壓輸電對(duì)繼保裝置的要求。與此同時(shí)基于法拉利磁光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器，由于其測(cè)量精度、可靠性較高，完全可以勝任如今高壓輸電的要求，所以成為了繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】電流互感器;OCT;繼電保護(hù)

在電力系統(tǒng)中，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量是保證各種電氣設(shè)備的安全和有效運(yùn)行的前提。電磁式電流互感器由于其簡(jiǎn)單的構(gòu)造，穩(wěn)定的運(yùn)行，較低的成本，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。但是，傳統(tǒng)的電流互感器由于其工作原理的限制無(wú)法滿足電力系統(tǒng)大容量和高電壓的要求。

為了滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展提出的最新要求，新型的電流互感器的發(fā)展就變得格外重要，其中光學(xué)電流互感器（Optical Current Transducer，簡(jiǎn)稱OCT）由于其獨(dú)特的工作原理和良好的通訊能力逐漸的在電力系統(tǒng)中嶄露頭角。

1.OCT的基本原理

光學(xué)電流傳感原理是基于法拉利磁光原理。由于電流在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量然后對(duì)其線積分就可得到電流的大小。根據(jù)法拉利磁光效應(yīng)，線偏振光在與其傳播方向平行的外界磁場(chǎng)的作用下通過(guò)晶體或光學(xué)玻璃時(shí)，其偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角H為：

其中，L是磁光材料的磁導(dǎo)率;V為磁光材料的Verdet常數(shù);H磁光材料周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度;L為通過(guò)磁光材料的偏振光的光程長(zhǎng)度。當(dāng)偏振光圍繞i形成回路時(shí)，通過(guò)計(jì)算就可得出電流的大小。

其中，N為線偏振光圍繞i的環(huán)路數(shù)。

2.光學(xué)電流互感器的構(gòu)成

OCT數(shù)字信號(hào)處理單元先將光學(xué)電流傳感器采樣的模擬信號(hào)經(jīng)光纖傳輸?shù)紻SP系統(tǒng)處理，最后傳到繼電保護(hù)單元，再判斷是否有保護(hù)動(dòng)作。由于光纖傳輸可以絕緣高低壓系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)由高壓向低壓的高速傳輸，所以節(jié)約了大量的絕緣設(shè)備并且讓高速數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)了信息處理的實(shí)時(shí)性，保護(hù)動(dòng)作更加迅速和精確。

為了能與傳統(tǒng)的模擬接口兼容，光學(xué)電流互感器需要一個(gè)模擬量輸出接口。本文選用TMS320C32數(shù)字信號(hào)處理芯片。該芯片最高主頻為O.1MHz，可實(shí)現(xiàn)16為采集信號(hào)的輸入和輸出;具有雙路異步串行通訊功能和看門狗電路為未來(lái)硬件和軟件的升級(jí)提供有效的支持;有較高的穩(wěn)定性，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

在低壓端安裝功率放大器就可得到額定的電流和功率。同時(shí)要保證輸出電流的相位、幅值等性質(zhì)與傳統(tǒng)電流互感器一樣。這樣，光學(xué)電流互感器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的電流互感器和電壓互感器以及其他模擬儀表和裝置的無(wú)縫連接。使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以經(jīng)由光學(xué)電流互感器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高效通訊，大大的簡(jiǎn)化了復(fù)雜的二次接線，實(shí)現(xiàn)了信息的共享。

3.光學(xué)電流互感器與繼電保護(hù)裝置的連接

光傳感頭將檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元，再由信息合并單元將信息合并后，由主從中央處理器處理后送到各個(gè)終端。

傳統(tǒng)的電磁互感器只能輸出5A或1A的模擬量電流，由于現(xiàn)代的電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)需要數(shù)字信號(hào)的輸入，傳統(tǒng)的電磁互感器需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的外圍電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換才能提供有效的信號(hào)給保護(hù)裝置。這種復(fù)雜的二次接線不但降低了信號(hào)的精度而且使得微機(jī)保護(hù)的可靠性降低。

而擁有數(shù)字信號(hào)處理單元的光學(xué)電流互感器可以提供多種數(shù)字信號(hào)給控制單元，簡(jiǎn)化了外圍電路，提高了檢測(cè)、計(jì)量和控制系統(tǒng)的精確度和可靠性，減少了系統(tǒng)故障的誤報(bào)警。與此同時(shí)，使得二次設(shè)備集成化，將改變電力保護(hù)設(shè)備的整體構(gòu)造和保護(hù)方式。

（1）光接收模塊

光接收模塊實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將由光信號(hào)傳感器傳輸來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該模塊可以處理6通道的信號(hào)，最后將信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元。光接收模塊的技術(shù)要求主要是信號(hào)幅值的變化時(shí)間和時(shí)鐘精度以及脈沖寬度失真的大小。

（2）中央處理單元

中央處理單元對(duì)傳輸來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理和判斷并發(fā)出控制信號(hào)，在整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)中起到核心作用。為了保障處理信號(hào)的高效和穩(wěn)定，該單元采用雙中央處理器，其中主處理器采用具有以太網(wǎng)接口的MCF5272處理器。由于擁有以太網(wǎng)接口和較高容量的緩沖區(qū)，處理器可以接受完整的采樣信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)丟失的情況，從而實(shí)現(xiàn)高速的信號(hào)運(yùn)算和控制信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，大大提高了繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

從CPU采用型號(hào)為80C196KC的處理器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口和通訊的任務(wù)和其他輔助的功能為未來(lái)模塊的升級(jí)留有空間。雙口RAM模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU之間數(shù)據(jù)的交換。

4.總結(jié)

由于光學(xué)電流互感器不存在飽和問(wèn)題，杜絕了傳統(tǒng)電磁式電流互感器經(jīng)常出現(xiàn)的誤動(dòng)作。另外，光學(xué)電流互感器采用的高速的數(shù)字信號(hào)處理器和光學(xué)傳感器提高了信息處理的精度?？梢灶A(yù)見，光學(xué)電流互感器將在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李煒.基于自適應(yīng)技術(shù)的組合式光學(xué)電流互感器的研究：（碩士學(xué)位論文）.北京：華北電力大學(xué)，2002.

[2]邸榮光，劉仕兵.光電式電流互感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展.電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（8）：98-100.

[3]王政平，孫偉民，N.Ning等一種新型多環(huán)光路光學(xué)電流傳感器的研究.光子學(xué)報(bào).1996，25（9）：831-835.