干涉测量技术在光学电流互感器中的应用研究

论文摘要

随着电网数字化进程的发展,光学电流互感器得到了更为广泛的应用。其中,基于磁致旋光机理的光学电流互感器是通过对光强的测量来反映电网中的电流信息。本文在已有互感器的研究基础上,将干涉测量技术引入到互感器的工作原理中,将已有的对光强的测量方法改为对干涉条纹可见度的测量,进而实现对电网电流的测量。本文设计的基于干涉法的光学电流互感器,所应用的传感原理是Faraday磁致旋光效应,选用了直通光路型的传感方式,使用ZF-7型重火石磁光玻璃作为传感材料。并对互感器传感头的传感原理和检测端的工作原理进行了理论推导,概述了基于干涉法的光学电流互感器的工作原理。利用Ansoft仿真软件对圆形通电导体周围的磁场情况进行了仿真,通过磁场在磁光材料内部的响应程度和有效磁场的大小来确定磁光材料的位置和长度,选定磁光材料的长度为50mm,位置为距离导体10mm。依据实验要求选择了实验相关器件的型号及参数,对互感器的实验系统进行了搭建。同时为了便于数据的采集和应用,利用数字图像处理技术对输出的干涉图样进行了处理。依据理论推导和测试数据估计了互感器的测量函数,并利用最小二乘法对测试数据进行了拟合,所得拟合函数与理论推导相符,呈余弦规律变化。依据残差值的大小和重复测试的结果设定系统两束光的初始偏振面夹角为π/4 ,并对系统测量的影响因素进行了分析。结合电子式电流互感器测试标准构建适用于干涉法互感器的检测系统,对互感器系统的性能进行了测试,在额定输入电流为1000A时,对互感器系统进行了性能测试,通过实验结果证实,该测试系统的测量精度优于1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光学电流互感器及其发展概况
• 1.2.1 光学电流互感器概述
• 1.2.2 国内外研究进展
• 1.3 干涉检测法概述及其发展概况
• 1.4 本课题研究目的及主要研究内容
• 第2章 基于干涉法光学电流互感器的结构设计及其工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 干涉法互感器传感部分的设计及材料选取
• 2.2.1 传感方式的设计
• 2.2.2 磁光材料的选择
• 2.3 干涉法互感器所用光路的设计
• 2.4 干涉法互感器的工作原理
• 2.4.1 法拉第旋光效应的理论推导
• 2.4.2 干涉法互感器的琼斯矩阵模型
• 2.4.3 干涉检测的理论推导
• 2.5 本章小结
• 第3章 搭建干涉法互感器的实验平台
• 3.1 引言
• 3.2 互感器硬件实验系统的搭建
• 3.2.1 磁光材料长度及位置的确定
• 3.2.2 干涉法互感器硬件实验系统器件的选取及平台的搭建
• 3.3 干涉图样的数字图像处理
• 3.4 本章小结
• 第4章 确立干涉法互感器实验系统的测量模型
• 4.1 引言
• 4.2 干涉法互感器实验系统函数的确立
• 4.3 模型参数的估算
• 4.4 测试点选取与实验系统的优化
• 4.4.1 残差分析
• 4.4.2 实验系统的优化与测试点确定
• 4.5 系统影响因素分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 干涉法互感器的性能测试
• 5.1 引言
• 5.2 检测系统的建立
• 5.3 干涉法互感器性能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢