电流互感器计量研究探讨.docx

电流互感器计量研究探讨【摘要】本文首先对新型电流互感器的工作原理进行了分析后对电流互感器对计量造成的误差进行了研究并针对其中的一些误差因素提出了相应的具体改进措施。【关键词】电流互感器；计量在社会经济发展中电能的应用占据着重要的地位也是目前人们生活生产中不可或缺的一部分。电能计量主要是电力企业保证其生产效益的基础措施其工作的有效性也决定了电力企业和电能用户两者的经济效益。电力计量装置主要是由互感器、电能表和二次回路组成的且电流互感器是这些设备中的重要设备同时也是电能计量准确性的重要保证之一。相比于传统电流互感器新型的光纤电流互感器性能在动态范围狭窄、绝缘性等方更好。因此新型光纤电流互感器计量研究是有必要的。1光纤电流互感器主要工作原理光纤电流互感器基于法拉第效应的原理如图1所示。法拉第磁光效应原理是指在外磁场影响下从光源发送的单色光在途经偏振器后光在偏振面上发生旋转从而产生出一个旋转角度旋转的角度与外界磁场强度的大小、光在介质中传播时与磁场产生作用的长度以及材料本身固有的性质等有关。法拉第磁光效应原理可用下述公式来进行描述：θf=VBL=μ0V∫HdL=μ0VNI上式中：θf为线偏振光的法拉第旋转角度；μ0为磁导率；V是费尔德常数；H为光传播方向上电流产生的磁场强度；L为磁光介质的光传播路径；N为环绕载流体的光纤圈数在环绕导体一周的光闭合路径时N=1。从光源产生出的单色光在传播方向上途经光起偏器就会变成偏振光然后令其通过磁光介质再到达光路检偏器中最后进入到光电探测仪器中。2光路误差分析根据上述原理针对光纤电流互感器光路产生的误差做了分析其主要包括如下：对轴角度误差、起偏器消光比、线性双折射误差、集成光学相位调制器误差、传感光纤Verdet常数、1/4波片位相差以及光源噪声等因素。互感器系统中最主要误差源是1/4波片位相差误差、线性双折射误差及传感光纤Verdet常数。（1）传感光纤Verdet常数误差传感光纤Verdet常数是光波波长和环境温度的函数对磁致旋光效应起着重要影响作用其与互感器变比成正比关系。通过稳定光源功率可以比较精确地控制中心波长那么磁光晶体Verdet常数对于普通二氧化硅光纤来说就同温度成正比例关系。Verdet常数和温度的正比例关系近似为：由上式可以看出当环境温度在-40-60℃区间内波动时传感光纤Verdet常数会产生变化这个变化会导致互感器变比漂移0.7%左右必须消除Verdet常数变化带来的影响。（2）光纤传感线性双折射误差从光源发出的光进入偏振器后会因光的双折射而使光的偏振面发生旋转其会导致产生一个与法拉第磁效应偏角无任何差异的误差信号这会造成光纤电流互感器测试性能大幅降低影响其实用化。消除双折射至关重要而引发光纤中双折射因素又分为自身固有因素和外界因素自身固有因素主要由生产工艺中光纤纤芯非圆导致外界因素则是温度形状和压力等引起。上面分析了引发双折射的因素为了消除其带来的影响可以通过改变传感光纤自身固有因素或者引入大量圆双折射而通过降低光纤的非圆率及内应力则是减小固有双折射的有效方法。（3）1/4波片位相差误差温度会影响1/4波片令其发生变化进而导致光的偏振态发生变化这会严重影响互感器的精度。下面采取了补偿方法消除其影响所谓的补偿方法就是令波片温度产生的误差跟Verdet常数受温度影响而产生的误差相反达到其二者对互感器变比的影响相互抵消。为了达到此目的则必须先确定1/4波片初始位相差。理论分析结果表明：互感器全温变比误差在只有波片受温度影响时约为0.627%；互感器全温变比误差在只有Verdet常数受温度影响时约为0.63%；在经过波片和Verdet常数互相补偿后互感器变比相对误差约为0.117%这个效果还是非常令人满意的。3实验测试通过上述方法基本上可以消除大部分光路误差影响下面是依据标准（互感器标准IEC60044?8）做的实验。（1）温度上升实验。先把待测互感器传感头部分放置在温度实验箱中然后把温度试验箱中温度调整为-30-70℃范围内令其变化在温度变化区间内分别设置测试点-30℃-15℃0℃15℃30℃50℃在这些测试点上分别保温60分钟。每次在结束保温前8分钟分别对互感器样机输入不同采样点的直流电（采样点：150A300A450A600A750A900A等）测得响应输出。针对各个测试温度点分别求得样机温度点变化比。实验结果如图2所示。（2）精确度实验。室温条件下对样机做稳态测量误差实验。以月每3