光纤电流传感器新方案特性的研究

论文摘要

随着输变电线路的电压和电流等级的不断提高,传统的基于电磁原理的电流互感器已经不能满足实际测量的需要。因此,提出了一种基于电流热效应的新型光纤电流传感器的设计方案,并对系统的性能进行了研究。系统通过罗氏线圈互感器把高压侧的大电流,转化为低压侧的小电流,再把此电流信号加载到电热器件上,通过对电热器件的温升测量达到间接测量电流的目的。对温度的测量是通过激励光激发涂在电热器件上的荧光材料发出荧光,并利用荧光寿命是温度单值函数的关系来测量温度。研究了电热器件—薄膜电阻的热稳定性,根据薄膜电阻的结构和实际的测试条件,利用有限元软件ANSYS建立了薄膜电阻的三维模型,并对其进行了热分析,为薄膜电阻的尺寸设计提供参考,提高整个系统的响应速度。高电压部分采用罗氏线圈作为电流互感器,通过MATLAB仿真设计线圈的尺寸,大大提高了二次电流测量的精度和范围。低压部分把光纤传回的信号经过滤波,光电耦合,信号放大环节后送入嵌在PC机的数据采集卡中,经过AD转化环节把被测信息传递给PC机进行处理。搭建了电流互感器实验装置,进行了电流测量实验。理论分析及实验测试初步表明,在一定条件下,微型电阻的温升能正确的反映被测电流。只要技术措施得当,采用本传感方案实现全光纤电流互感器是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤电流传感器概况及意义
• 1.2 光纤电流传感器发展概况及展望
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.2.3 发展及展望
• 第二章 光纤电流传感器基本原理及分类
• 2.1 全光纤型
• 2.1.1 偏振调制型
• 2.1.2 相位调制型
• 2.2 混合型
• 第三章 系统方案
• 3.1 被测电流量信息
• 3.2 系统方案论证
• 3.3 课题研究的重点
• 第四章 荧光测温原理
• 4.1 荧光材料的种类
• 4.2 荧光材料的基本知识
• 4.3 荧光材料的测温原理
• 4.4 荧光光谱特性
• 第五章 线圈的设计和性能研究
• 5.1 罗氏线圈的测量原理
• 5.2 罗氏线圈电路模型频率特性分析
• 5.2.1 罗氏线圈的频率特性
• 5.2.2 外积分型罗氏线圈频带宽度分析
• 5.2.3 自积分型罗氏线圈频带宽度分析
• 5.3 罗氏线圈结构参数仿真研究
• 5.3.1 罗氏线圈结构、电气参数分析
• 5.3.2 结构参数对线圈动态特性的影响
• 5.4 罗氏线圈对工频电流的测量方法
• 5.4.1 罗氏线圈电路方程的建立
• 5.4.2 罗氏线圈测量电路的简化与稳态误差分析
• 5.4.3 罗氏线圈幅频特性的研究以及暂态特性的分析
• 5.5 带气隙铁芯线圈
• 第六章 温度单元的仿真和设计
• 6.1 传热学理论
• 6.2 薄膜电阻热稳定性研究
• 6.3 热力学分析
• 6.3.1 温度测温单元的工作原理和结构
• 6.3.2 测温单元传热模型的建立
• 6.3.3 传热方程的建立
• 6.3.4 有限元网格的划分
• 6.4 薄膜电阻设计
• 第七章 实验结果
• 7.1 罗氏线圈实验
• 7.2 整机实验
• 7.3 响应速度实验
• 7.4 实验结论
• 第八章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢