光纤电流互感器在线误差比对装置的设计与实现

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1、万方数据第一章绪论l眦Tp涯型IH亟蜜!tCiT采样与≤；兰蠢镶雳l卜采样叫在线误差比对装置卜—●屑磊翼羹坛{1．3设计指标全光纤光学电流互感器在线误差比对装置为2U机架式结构，如图1．2所示：遴≤蓊囊纛藤飘羹图1．2FOCT在线误差比对装置1．它所实现的主要功能：(1)按照特定频率采集指定通道的FOCT与CT两路电流特征信息，计算其角差值和比差值；(2)本地可保存某时刻一组误差信息序列并上报站控层监测系统；(3)检测到的角差／比差超过预警定值时记录上报该预警事件并计算其幅度、频率等特征信息；(4)本地日志服务，全程记录测试装置工作状

2、态，响应站控层系统的管理命令和其他数据服务。2．主要性能指标(1)精度等级：O．05级(2)响应速度：匿万方数据东南大学工程硕士学位论文秒级计算：每50周波计算一次角差／比差值(IEC60088推荐)分钟级上传：每分钟打包一次角差／比差值(60组)，并上报1．4论文组织第一章绪论，分析了课题的背景与全光纤光学电流互感器的发展现状以及进行FOCT误差测量的必要性及重要意义。第二章为全文内容的理论基础部分，研究了传统电流互感器与全光纤光学电流互感器的工作原理，分析了各自的误差定义及测试方法。第三章为比对算法的设计研究，分析了适合的硬件同步

3、采样FFT算法及一些关键技术的实现。第四章详细分析了全光纤光学电流互感器在线比对装置的硬件架构设计，包括采样单元、同步单元、运算单元、传输单元。第五章分析了比对装置的性能是否达标及其改进措施；根据现场运行情况测量出了FOCT的误差数据结果，分析其产生原因并给出相应结论。第六章总结设计的方法，对以后工作更进一步的展望。4万方数据第二章电流互感器原理及误差测试方法传统电磁式电流互感器由于技术上的局限性将渐渐被电子式电流互感器取代，但误差形成机理对于全光纤光学电流互感器的误差是否在标准范围内仍有参考意义。全光纤光学电流互感器的理论基石有三个

4、：一是法拉第磁光效应；二是安培环路定理；三是萨格纳克(Sagnac)干涉测量原理，它本质上是一种偏振干涉仪，以光波波长为单位测量光程差，测量精度高，也解决了光纤环弯曲引入的双折射影响。通过偏振系统的琼斯矩阵表示分析萨格纳克反射结构的全光纤光学电流互感器原理。在研究两种互感器误差形成机理的前提下，分析误差比对的可行性并建立相应测量机制。2．1电磁式电流互感器原理及其误差特性2．1．1电磁感应原理电磁感应原理的描述为【2一I：在闭合电路中，磁场的变化引起通过闭合电路的磁通的变化，因此闭合电路中产生了电流，进而闭合电路中的电流激发出了电动势

5、，它的大小与磁通的变化快慢有关，用公式表达：E—dj衍(2-1)E一一电动势西一一磁通令矽(f)=丸sincot，则E=一国丸sin(cot+i7／")(2．2)由此可知，电动势的相位滞后磁通90度。在电力系统的许多设备中需要较大的磁场或较大的磁通。由于铁磁物质的磁导率远比弱磁物质大，所以都将铁磁物质做成闭合或近似闭合的环路，俗称铁芯。绕在铁芯上的线圈通过较小的电流，即励磁电流，便得到较强的磁场，且该磁场差不多约束在限定的铁芯范围内。而在这个铁芯范围内的磁场叫做磁路。磁通是磁感应强度B与面积S的乘积。根据毕奥．萨伐尔定律，载流导线上有

6、一电流元Idl在真空中某点处的磁感强度：扭=鲁半(2-3)4万，．2‰为真空磁导率，r为一矢量。用式(2．3)求解载流长直导线的磁场为：万方数据不南大学工栏fI贝r上字位论义B：盟(2．4)27rro、7那么，磁感应强度B沿任意闭合路径的积分啦删2筹啦刃刊(2-5)磁场强度何：旦，稍加整理，得出安培环路定律：磁场中沿任意闭合环路的磁场强度的线风积分等于穿过这个环路的所有电流的代数和。所以啦删=∑J(2-6)磁路满足基尔霍夫的了两个定律：第一定律：磁路的任一节点所连各支路磁通的代数和为零，即∑①=0。第二定律：磁路的任一回路中，各段磁压

7、虬=脚的代数和等于各磁通势F=N／的代数和。即∑V。=∑F。2．1．2电磁式电流互感器基本原理传统的电磁式电流互感器是一种变换电流的特种变压器。它的一次侧串接于被测电力线路中，二次侧串接负载，在运行时，原副绕组都有电流流过，按照磁路的安培环路定律，铁芯中的主磁通由两个磁势共同产生[41：E+疋=磊(2-7)矗是一定值，称为励磁磁势。掂涮缱略Ⅳl铁．出Ⅳ。。●。一Zi：图2．1CT原理示意图一般原绕组阻抗z1很小，故‘zl《U，所以玩≈一直这和二次侧不带负载运行时主磁通击。一样。励磁磁势是由原绕组产生的，认为是空载时的励磁磁势，若二次侧

8、带负载，副绕组有万方数据星三至皇鎏皇墨量堡望垄堡茎型蔓互鲨电流j，流过，产生的磁势：五=厶Ⅳ2(2-8)若原绕组电流仍为厶，那么度必然改变磁路的磁势和主磁通，但主磁通不能变化，所以原绕组中要增加一个一巧磁势，以抵消副绕组