光纤电流传感器电流监测体系软件设计

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1、光纤电流传感器电流监测体系软件设计-->第1章绪论1.1课题的研究背景和意义现代信息社会中，信息对于人们的重要性愈显重要，从而对于信息的提取、处理和转化等要求越来越高。传感器[1]是提取信息的重要功能器件，自然成为了科研与实践应用的重点。作为现代信息技术的重要组成部分，传感技术也代表着国家科技核心力量之一。伴随着光导纤维和光纤通信技术的发展，光纤传感技术也有了很大的发展[21，成为现代传感技术的重要分支组成。它是一种以光导纤维为媒质，光波为载体，感知并传输外界被测信号的新型传感器技术。相对于其他媒质与载体，光纤传感器具有许多独特的优点，如抗电

2、磁干扰、电绝缘性高、耐腐蚀、灵敏度高.，便于与计算机连接，结构简单，体积小，重量轻等等。这些优点使得光纤传感技术的发展十分迅速，开发与应用前景广泛。随着我国经济的飞速发展，作为基础建设工业的电力系统地位更加显得举足轻重[3]。社会对电的需求日益增大，电力系统向高电压大电流发展，传统的电磁式电流互感器已无法满足发展需求[4]，越来越多的机构和组织都致力于研制安全可靠、价格低廉、结构简单的新型电流传感器。其中，光纤电流传感器是一种非常优越的选择。与传统的电磁式电流互感器相比，光纤电流传感器具有许多的优点[5，6]:(1)绝缘性能非常好，从材料上看

3、，传感材料的光学玻璃、传输信号的光纤都具有良好的绝缘性能。(2)不含铁心，不存在磁饱和、磁滞效应等问题，测量准确度高。现代的光纤电流传感器，一般情况下不采用铁心做磁祸合，从而消除了磁饱和与铁磁谐振现象，使得传感器运行时具有良好的暂态响应，且稳定性较好，因而保证系统能够高度可靠运行。(3)用光波传输信号，抗电磁干扰性强，测量准确度增大。传统的电流互感器二次回路不能开路，低压侧存在开路高电压危险；而光纤电流传感器的高低压之间由光纤联系，且光纤具有良好的绝缘性能，因而从电气源头上保证了高压回路与二次回路完全隔离，消除了低压侧由于开路产生高压的危险。

4、并且，不存在磁祸合，消除了电磁千扰对传感器性能的影响。(4)测量动态范围大，可在相当宽的电流范围内保持良好的线性特性。电网运行过程中，一旦短路，则会出现极大的瞬间过电流。与传统的电磁式互感器相比，光纤电流传感器不需要添加复杂的设置，它本身具有很宽的动态范围，单通道即可测到几时至几千安培，过电流范围可达几万安培。(5)测量频带宽。光纤电流传感器的传感头频率响应，主要取决于光在传感头上的传输时间，而光经过传感器部分时间在微秒级。电子线路部分才真正决定了实际能测量的频率范围。现代光纤电流互感器的结构已经能够测出高压电力线路上的谐波，而传统电流互感器

5、较难实现。(6)不采用油绝缘，没有因此产生的易燃、易爆等危险。传统电磁式电流互感器一般采用充油的办法处理绝缘问题，从而无法避免易燃、易爆的危险。而光纤电流传感器从结构上消除了绝缘的问题，不需采用充油即可避免这些危险。(7)体积小，重量轻。光纤电流传感器的传感头高度远远小于传统电流互感器，其重量一般小于1千克，能与其他贵重设备分开，提高电网可靠性，降低成本，并且给运输和安装都带来很大的方便。(8)适应于电力保护与计量的数宇化、自动化和光通信的发展趋势。光纤电流传感器一般采用数字量输出，适应了日趋广泛采用继电保护、电力计量数字化及自动化发展的潮流

6、。光纤电流传感器具有其他传感器不可比拟的优点，是非常理想的电流传感器，其市场需求量与经济效益相当可观。当前电力以及其他各部门对光纤电流传感器的需求量不断加大，另外，在一些特殊的场合，只能使用光纤电流传感器进行测量[7]。光纤电流传感器作为新一代的电流传感器，具有取代现有传感器的可能，对其进行深入研究，具有十分重要的学术价值和长远的经济效益。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状长期以来，微电子技术与光电子技术迅速发展，尤其是半导体激光器及低损耗光纤的出现，带动了各国的研究机构对新型互感器的研究。从60年代起，国外就己经开始了对光纤电流传感

7、器的研究。在此领域，美国、西欧以及日本等一些国家的研究机构和电气仪器公司做了非常多的工作。上世纪60年代，美国俄勒闪州Bonneville电力局的230kV电网上安装的“Transer”是光纤电流传感器的最初形式，它是通过玻璃波导实现的信号传输[8]。同时，GH.Moulton等人设计了一套采用光脉冲传输的高压保护装置，S.Saito等人采用磁光效应原理，进行了超高压电力线电流测量研究]。这些前辈的研究，在这一时期为光纤电流传感器的发展打下了最初的理论与技术基础，是光纤电流传感器的兵起阶段，光纤电流传感器理论与方法的实验时期。第2章光纤电流传

8、感器电流监测系统概述2.1系统的整体结构课题在设计电流监测系统的整体框架时，将其划分为了两大部分：硬件部分和软件部分，整体结构图如图2.1所示。其中，硬件系统部分又