最全光纤电流互感器知识及其在配电网中的应用-北极星输配电网

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由智能配电网的发展现状及存在问题，引出了光纤电流互感器的研制背景，简要介绍了其设计原理、产品特性及功能实现，并结合典型工程应用进行了实例分析。

国家电网公司从20世纪90年代初就开展了配电网自动化系统的试点工作，先后进行了一系列大量的科技试点和运行实践活动。随着智能电网技术的发展，技术、产品不断革新。与一次侧电网相比，智能配电网发展相对不快，主要原因如下：

（1）配电网涉及范围广、投资大。配电网所测控的对象包括开闭站、环网柜、分段开关、联络开关等，需要进行监测的设备众多，但由于经济等方面的限制，实际的测量设备安装数量远远无法满足需要。而且，由于设备性能、安装环境等方面的原因，配网量测终端采集的数据受外界干扰较大，数据可用性不高。

（2）已建配电网的配电网自动化终端安装、电动操动机构改造等实施难度大。

（3）在试点过程中存在不少误区。如存在认识偏差，过分追求狭义的故障处理功能（DA），没有建立整体全局观，导致配电网自动化系统综合效益无从显现。

（4）中心主站系统没能很好地融合到综合信息系统，没能很好地服务于配电网的规划、运行、维护；缺乏对整个配电调度管理系统的统筹考虑，大大限制了配电自动化系统的易用性和实用性。在过去近20年的配电网自动化改造当中，真正整体实现了配电网自动化的区域非常少见，这与智能电网所要达到的目标，出现了非常大的差距。

国家电网公司提出了智能配电网步步推进的技术路线图。配电网自动化作为智能电网发展的关键技术也备受重视。

在新一轮以智能电网为核心的配电网自动化系统建设过程中，给出新建项目技术方案的同时，应充分考虑到已建项目正处于运行之中的特点，必须考虑到因实施配电网自动化改造而带来的对运行可靠性的影响，及前述配电网自动化已存在的缺陷。配电网自动化所需要的数据基础主要是电流和电压，其他数据基本上都可以通过电流和电压数据计算来获取，为此希望在智能电网范畴内的配电网自动化改造过程中，能够结合目前存在的缺陷，找到一个尽量降低缺陷影响的新办法和新思路。

2004年IEC60044-8《互感器电子式电流互感器》技术标准颁布以来，有的新建变电站采用了光纤电流互感器技术，光纤传感技术已融入到智能变电站中。但是同时也必须认识到，在高电压等级所采用的光纤电流互感器技术，在稳定性、抗干扰性能等多个方面，还存在很多问题。目前尚不能做为成熟产品来应用。

国内10kV网架的配电终端所采集的数据，都是基于传统电磁原理的互感器，主网的先进技术迟迟不能应用到配电网领域。在配电网自动化改造过程中，对已存在的一次系统加装电流互感器，也成为一项比较耗时费力的工作。为了破解这个困扰业界的难题，将新型传感技术运用到配电网自动化的电流互感器当中，替代传统电流互感器就变得非常必要和迫切。

光纤电流互感器的提出及研制

光纤技术测量电流始于20世纪60年代，1963年美国就已经在230kV变电站中挂网运行。1979年英国挂网运行了全光纤互感器，1993年我国在广东电网运行了华中科技大学研制的光纤电流互感器；进入2000年后，许继集团联合华北电力大学，南瑞集团联合航天科技，ABB、西安创维等都在国内电网上试运行了光纤电流互感器；近几年上海嘉定变电站等投运了光传感电流互感器。

以上的技术和产品主要集中在高电压等级的主网，在中压领域开展光纤传感技术研究，国内尚未有实际应用产品。

而在国外，拥有150万客户的丹麦最大电力公司DONGEnergy在2002年提出需求：“希望能有产品在不停电、不破坏现有运行设备的条件下，具有检测中压电缆线路故障和电流的精确测量功能。”经广泛调查后发现市场上没有符合条件的标准定型产品，为此，DONGEnergy发起并联合丹麦大学光学实验室及相关机构，组织了公司专攻技术与工程应用。2004年，光纤电流互感器在DONGEnergy实现了现场运行，配电终端以光纤互感器为基础，具有“技术先进、功能实用、安装便捷、适应智能电网需求、可靠性高”等特点，目前在全世界20多个国家的配电网领域得到实际运行应用。

经过了工程实践和不断完善，以光纤电流互感器为主体组成的配电网自动化系统，已成为一个专业的、相对成熟的技术产品体系。

光纤传感配电终端通过光纤电流互感器来采集运行时的电流量，配合FTU/DTU所采集的电压量，可以将有功功率、无功功率、频率等信息进行精确计算，以及判断短路故障电流、接地故障和故障距离等，采集精度高，计算量准确；还有多路信号采集回路及控制输出回路；通过通信模块，以网络RJ45、无线GPRS及串行RS485/232为物理接口，以IEC60870-5-101/104和CDT协议和配电网自动化系统主站实现双向数据交互。也可以通过IEC61850协议，实现光纤电流互感器独立发布数据。

光纤电流互感器的设计原理及实现

基本原理

当一束线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度β与磁感应强度B和光穿越介质的长度d的乘积成正比，即β=VBd，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第磁光效应。

光纤电流互感器基本结构

LED发出的光源，经过光学准直镜头以后，形成平行光进入起偏器，经过起偏器以后转变为线偏振光，当线偏振光经过安装在导线上的磁光晶体时，导线中的电流产生的磁场将使光的偏振方向发生偏转，偏转后的偏振光通过检偏器，检测出偏振面旋转的角度。

经过检偏器以后的变化了光强的光，经过第二光纤后由光处理模块上的光电探测器接收，并把它转换成电信号，然后经过相关电路检出其光强变化，再经过信号处理、信息提取等智能过程，从而实现对导体内电流强度的检测。图1为光纤电流互感器的结构示意图。

原标题：【技术】光纤电流互感器在配电网自动化中的应用

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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