光學(xué)互感器和繼電保護(hù)1

1、光學(xué)互感器和繼電保護(hù)楊以涵（華北電力大學(xué)）摘要：互感器是繼電保護(hù)和電網(wǎng)的接口，高性能的繼電保護(hù)要求有高性能的互感器，反過來高性能的繼電保護(hù)也必然促進(jìn)繼電保護(hù)原理和技術(shù)的進(jìn)步。本文從繼電保護(hù)的要求出發(fā)，談?wù)勅绾卫煤桶l(fā)展光學(xué)互感器，改造傳統(tǒng)互感器，以及由此而引起繼電保護(hù)的變化。一 引言 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)CT越來越難以滿足需要，因此人們開始謀求新的電流測量方法。光學(xué)電流互感器以其無飽和、絕緣好、抗電磁干擾、安全性好、信號傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點引起廣泛的關(guān)注。美、日、英等發(fā)達(dá)國家都制定了各自的研究計劃，并相繼取得了可喜的研究成果。美國、日本等發(fā)達(dá)國家的許多光學(xué)電流互感器掛網(wǎng)試運行，獲得了大量的運行

2、經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。美國田納西州流域電力管理局先后安裝了一臺161KV單相計量用磁光塊狀材料型的光學(xué)電流互感器和一套三相計量和保護(hù)用磁光塊狀材料型的光學(xué)電流互感器，運行結(jié)果表明：能滿足保護(hù)的要求，但計量精度難以達(dá)到要求。九十年代，光學(xué)電流互感器的研究呈現(xiàn)多類型、多用途的發(fā)展趨勢。日本相繼有帶集磁環(huán)的混合式光學(xué)電流互感器研究成功的報道。隨著特種光纖技術(shù)的發(fā)展、光纖傳感新結(jié)構(gòu)的研究和抑制雙折射的研究取得進(jìn)展，全光纖型的光學(xué)電流互感器又一次引起了研究者的關(guān)注。閉合塊狀材料型光學(xué)電流互感器研究則繼續(xù)圍繞提高精度和運行穩(wěn)定性的實用化問題。我國對光學(xué)電流互感器的研究起步較晚，但很受重視，被列為“七五”、“八五”重

3、點研究項目。先后有清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和西安交通大學(xué)等多家科研院所相繼從事過光學(xué)電流互感器方面的研究。其中，華中理工大學(xué)研制的計量用閉合塊狀材料型光學(xué)電流互感器于1993年在廣東新會110KV電網(wǎng)試運行，盡管未達(dá)到計量目標(biāo)，但標(biāo)志著我國的光學(xué)電流互感器研究已向?qū)嵱没~進(jìn)。盡管國內(nèi)外對光學(xué)電流互感器的研究已取得很大進(jìn)展，但光學(xué)電流互感器仍然沒有在現(xiàn)場中使用，在一些資料中出現(xiàn)的“光學(xué)”或“光纖”電流測量裝置并非真正的光學(xué)電流互感器。據(jù)資料顯示，日前在建設(shè)中的天-廣直流輸電工程中安裝了一種測量直流的裝置混合光纖電流測量組件（Hybrid Optical Measuring）。它的基

4、本原理是：通過分流器將高壓直流大電流（幾千安培）轉(zhuǎn)換為毫伏信號，再經(jīng)過模擬放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換后通過光纖傳輸至低壓端以供測量或保護(hù)使用；其中模擬放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電源是經(jīng)過電-光-電的轉(zhuǎn)換過程通過光纖由低壓端提供的。可以看出，這套混合光纖電流測量組件與我們所說的光學(xué)電流互感器是兩種完全不同的裝置，而且，混合光纖電流測量組件不能測量脈沖電流，對被測電流的頻率也有所限制，動態(tài)測量范圍很有限。國內(nèi)外三十多年的研究結(jié)果表明：由于受環(huán)境因素影響，光學(xué)電流互感器的穩(wěn)態(tài)精度難以和傳統(tǒng)CT相媲美，與電力系統(tǒng)計量要求有相當(dāng)?shù)木嚯x，因而阻礙了其實用化進(jìn)程，使光學(xué)電流互感器的研究在近期內(nèi)陷入了低谷。然而光學(xué)電流互感

5、器的實用化研究不應(yīng)該停留在消極等待光學(xué)材料和工藝方面的突破，應(yīng)立足于現(xiàn)有技術(shù)，找到實用化的突破口。絕大多數(shù)光學(xué)電流互感器的研究者們孤立地研究光學(xué)電流互感器本體，致力于提高光學(xué)電流互感器精度，希望能夠?qū)⒐鈱W(xué)電流互感器全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)CT，因此受制于光學(xué)材料和工藝的進(jìn)步。以往對光學(xué)電流互感器的研究多側(cè)重于穩(wěn)態(tài)特性，而忽視了暫態(tài)特性方面的研究，這就意味著忽視了那些需要光學(xué)電流互感器而對其精度又要求不高的應(yīng)用場合，即忽視了實用化的突破口。光學(xué)電流互感器的最終目標(biāo)是完全取代傳統(tǒng)CT，但這不是短期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的，主要取決于光學(xué)材料的進(jìn)步、制造工藝的進(jìn)步以及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等。目前還看不到光學(xué)材料和制造工藝方面能在近期

6、內(nèi)取得突破的前景，所以完成最終目標(biāo)還有待于將來。有限目標(biāo)是指在某些特殊場合取代傳統(tǒng)CT，這個條件已經(jīng)趨于成熟。研究有限目標(biāo)的光學(xué)電流互感器不但是可能的，而且也是非常必要的。光學(xué)電流互感器實用化的主要障礙是其穩(wěn)態(tài)精度不高，不能用于電能計量，這在短期內(nèi)是難以解決的。由于穩(wěn)態(tài)精度不高，就不能完全取代傳統(tǒng)CT，但這并不能排除在一些特定目標(biāo)下得到應(yīng)用。光學(xué)電流互感器的優(yōu)點很多，最主要的優(yōu)點是：不飽和、信號傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性能好。這幾個優(yōu)點決定它在很多方面能夠發(fā)揮作用，大有用武之地。繼電保護(hù)是光學(xué)電流互感器發(fā)揮作用的最主要的舞臺。大機組、大電網(wǎng)和高電壓電力系統(tǒng)給繼電保護(hù)提出了許多難題，在大電網(wǎng)中發(fā)生短路

7、時，非周期分量電流的持續(xù)時間長，造成傳統(tǒng)CT因飽和而失效，使快速保護(hù)不能迅速動作；高電壓變電站占用面積很大，傳統(tǒng)CT因二次電纜過長而失效；高電壓變電站處于強電磁場的環(huán)境下，變電站二次系統(tǒng)的干擾很難解決，采用光學(xué)電流互感器則這三個難題就會迎刃而解。高保真故障錄波對電力系統(tǒng)的重要性已有共識，但傳統(tǒng)CT因容易飽和使故障錄波失真失效，改用光學(xué)電流互感器將徹底解決故障錄波的失真問題，促進(jìn)故障錄波的更新?lián)Q代。故障定位也受傳統(tǒng)CT飽和的困擾?，F(xiàn)有的母線或線路故障定位系統(tǒng)常常受到傳統(tǒng)CT電磁飽和、二次線路長、電磁干擾嚴(yán)重等問題的困擾。采用光學(xué)電流互感器的新型故障定位系統(tǒng)則完全可以克服以上缺點，提高定位的準(zhǔn)確性

8、。高壓直流輸電在我國將有很大的發(fā)展，但傳統(tǒng)CT不能用于測量直流。目前的有源直流傳感器暫態(tài)特性很不理想，用光學(xué)電流互感器無疑是最理想的替代辦法。使用光學(xué)電流互感器后電能計量怎么辦。我們認(rèn)為采用光學(xué)和電磁式組合型電流互感器是順理成章的解決辦法。測量仍采用傳統(tǒng)CT，保護(hù)則采用光學(xué)電流互感器。事實上，過去的高壓電流互感器大多也是多個CT的組合，保護(hù)用CT和測量用CT并不是共用的，只不過是采用同一原理的不同用法。現(xiàn)在的差別是采用不同原理，但是電流互感器的整體外形沒有什么變化，都安裝在同一外殼中，不影響變電站的布置，也不影響電流互感器的使用。我們提出的組合式電流互感器決不是兩種互感器的簡單組合，要通過合理

9、的設(shè)計實現(xiàn)相互校正，提高互感器的整體性能。電流互感器的改變必然要引起繼電保護(hù)原理的改變，不能完全照搬過去的保護(hù)原理，要充分發(fā)揮光學(xué)電流互感器的優(yōu)良特性；反過來，光學(xué)電流互感器的研究也不能脫離保護(hù)的要求。要把光學(xué)電流互感器和與之相適應(yīng)的保護(hù)結(jié)合起來進(jìn)行研究，相互配合，相互促進(jìn)。新原理電流互感器的出現(xiàn)必然帶動保護(hù)新方法的出現(xiàn)。要把光學(xué)電流互感器與應(yīng)用結(jié)合起來，作為統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行研究。光學(xué)電流互感器有限應(yīng)用的成功將必然引起廣泛的重視，帶動廣泛的研究，促進(jìn)光學(xué)電流互感器全面應(yīng)用的早日實現(xiàn)。二 基于法拉第磁光效應(yīng)的光學(xué)電流互感器1 法拉第磁光效應(yīng)原理光學(xué)電流互感器可以利用各種物理效應(yīng)：法拉第磁光效應(yīng)、磁

10、致伸縮效應(yīng)、壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、熱效應(yīng)等，其中普遍采用法拉第磁光效應(yīng)原理。法拉第磁光效應(yīng)的實質(zhì)是光在透明物質(zhì)中傳播時，光的偏振面在外磁場作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度與磁場強度的大小和在透明物質(zhì)中光與磁場發(fā)生作用的長度及材料的性質(zhì)有關(guān)。其原理圖如圖1所示。法拉第磁光效應(yīng)可描述為: F=VBL=0VLHdL=0VKI (1)式中F為線偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，V是費爾德常數(shù)，H為電流在光路上產(chǎn)生的磁場強度，L為磁光材料中通光路徑，0為磁導(dǎo)率，K是只跟磁光材料中通光路徑與通電導(dǎo)體的相對位置有關(guān)的常數(shù)，當(dāng)光路為繞導(dǎo)體一周的閉合路徑時K=1。由（1）式可看出：只要測定F 的大小，即可測出通電導(dǎo)體的電流，而F

11、的測量則由檢偏器轉(zhuǎn)化為光強信號，再由探測器將光信號變?yōu)殡娦盘?，然后?jīng)過放大處理，最終得出待測電流信息。光源光探測器法拉第材料起偏器檢偏器光纖光纖圖1 法拉第效應(yīng)原理圖2、 全光纖式OCT2 1 特點全光纖式OCT是將傳感光纖纏繞在被測通電導(dǎo)體周圍，利用光纖的偏振特性，通過測量光纖中的法拉第旋轉(zhuǎn)角間接地測量電流。全光纖式光學(xué)電流互感器，傳光與傳感部分都用光纖，又稱為功能型光學(xué)電流互感器。這種OCT結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、形狀隨意、測量靈敏度可按光纖長度調(diào)節(jié)，但是，由于光纖內(nèi)部存在線性雙折射，從而影響測量精度和長期穩(wěn)定性?？紤]光纖內(nèi)的線性雙折射，法拉第旋轉(zhuǎn)角F與輸出信號S之間的關(guān)系可以描述為：S=KF

12、（2）其中，為光纖中存在的線性雙折射，包括光纖內(nèi)部的固有線性雙折射和受溫度、壓力或振動等外部環(huán)境因素影響引起的線性雙折射的總和。K為與光電轉(zhuǎn)換效率等有關(guān)的常數(shù)。2 2、 改進(jìn)措施 為克服光纖內(nèi)存在的線性雙折射對全光纖式電流互感器性能的不良影響，自從20世紀(jì)70年代以來，許多研究者進(jìn)行了大量有益的研究工作，提出許多改進(jìn)措施。221 光纖新工藝和光纖新材料 有些文獻(xiàn)提出用扭轉(zhuǎn)光纖、退火光纖或扭轉(zhuǎn)和退火工藝相結(jié)合的方法制作電流傳感頭。扭轉(zhuǎn)光纖可顯著減小由光纖中剩余應(yīng)力及幾何非對稱性引起的內(nèi)在線性雙折射；退火工藝可明顯降低光纖中存在的彎致線性雙折射。實驗表明采用新工藝使系統(tǒng)靈敏度與溫度穩(wěn)定性均得到明顯

13、改善。采用新光纖材料燧石玻璃光纖可以克服線性雙折射問題，燧石玻璃是一種具有極小光彈性系數(shù)的較理想的玻璃材料，其內(nèi)在雙折射及彎致雙折射均小到可忽略不計。222 新傳感結(jié)構(gòu) 人們提出不同的新型光纖傳感結(jié)構(gòu)來克服線性雙折射的影響，主要包括：用輸入兩種不同偏振態(tài)的方法分離法拉第旋轉(zhuǎn)角和線性雙折射；采用特殊的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分離法拉第旋轉(zhuǎn)角和線性雙折射；全面分析輸出偏振態(tài)法；用保偏光纖模式耦合法抑制線性雙折射；干涉儀檢測法；用Faraday反射鏡消除光纖中線性雙折射影響等方法。圖2為串聯(lián)式Sagnac干涉儀方案。兩個互相正交的線偏光注入高雙折射光纖的兩個雙折射軸后，每個線偏光在往返過程中分別利用了不同的兩個

14、光軸，致使二者總光程完全相同。經(jīng)過1/4波片后線偏光成為圓偏光。若波片和反射鏡之間存在Faraday 效應(yīng)，則圓偏光將產(chǎn)生非倒易性相位差。于是經(jīng)過一次往返后每個線偏光經(jīng)歷兩次Faraday 效應(yīng)，產(chǎn)生4F的相移。其中F=VNI為N圈光纖產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角。光纖中的線性雙折射由于具有倒易性而在往返中抵消掉。該設(shè)計結(jié)合了偏振檢測和Sagnac干涉儀的優(yōu)點，其靈敏度比Sagnac干涉儀增加了一倍，是偏振檢測方案的四倍，卻顯著降低了傳導(dǎo)光纖對振動與溫度變化的敏感程度。反射鏡待測電流I傳感光纖1/4波片雙折射相位調(diào)制器高雙折射光纖起偏器保偏耦合器光源探測器低相干光源圖2 串聯(lián)式Sagnac干涉儀方案原理

15、圖23、 應(yīng)用前景由于全光纖電流互感器存在線性雙折射問題，雖然自1979年起英國、法國、日本和美國等國家都進(jìn)行了一些實用化的嘗試，但到目前為止還未有真正的商品化的產(chǎn)品問世。然而全光纖式是OCT的最終發(fā)展趨勢，其自身所擁有的諸多優(yōu)點仍激勵著人們尋求實用化的途徑。例如，1999年，Honeywell公司和Carmanah工程公司一起創(chuàng)辦了Nxtphase公司，致力于NXCT的商品化工作。NXCT采用串聯(lián)式Sagnac干涉儀方案，其溫度特性為-40-+60之間不超過±0.2%。另外，3M公司關(guān)于無偏光纖研制成功的聲明也使人們看到了全光纖OCT實用化的曙光。3 塊狀光學(xué)材料型 OCT 這種傳

16、感器傳光用光纖,傳感用塊狀光學(xué)材料。與其它類型相比，該種傳感器抗電磁干擾能力強、精度和穩(wěn)定性較高，某些場合已達(dá)到實用化要求。但存在加工難度大、傳感頭易碎、成本高等缺點。與全光纖式相比，塊狀材料型OCT受線性雙折射影響較小，但卻引入了反射相移。依傳感頭結(jié)構(gòu)不同，又可分為閉合式和集磁環(huán)式兩種。如圖3所示。入射光出射光光學(xué)材料通電導(dǎo)體 圖3 塊狀光學(xué)材料型 OCT閉合式塊狀光學(xué)材料型 OCT利用全反射使線性偏振光在光學(xué)材料內(nèi)圍繞穿過材料中心的通電導(dǎo)體閉合，測量線偏光的法拉第旋轉(zhuǎn)角，從而間接地測量電流。傳感頭的結(jié)構(gòu)有平面多邊型、四角型、三角型、環(huán)型和開口型等多種。傳感頭的材料普遍采用溫度系數(shù)小的逆磁性

17、材料ZF7、ZF6，其缺點是費爾德常數(shù)較小，從而影響靈敏度。閉合式塊狀光學(xué)材料型 OCT的測量特性只和傳感頭的材料有關(guān)，影響因素較少，但光在反射過程中不可避免地引入反射相移，使兩兩正交的線偏光變成橢圓偏振光，從而影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)角較小且載流導(dǎo)體位于閉合光路中心時，反射相移對靈敏度的影響可簡單描述為： （1+cos+cos2+cos3）/4 （3）其中為每個反射面上線偏光的兩個正交分量之間的反射相位差。為克服反射相移的影響，各國的研究者們提出了各種保偏方法，主要有：雙正交反射保偏、反射面鍍膜保偏和臨界角反射保偏等。線性雙折射對閉合式塊狀光學(xué)材料型 OCT的影響雖然比全光纖式小，卻依然

18、存在。美國E.A.Ulmer課題組提出一種特征方向理論，能有效消除溫度引起的雙折射影響。20世紀(jì)80年代以來，閉合式塊狀光學(xué)材料型OCT發(fā)展較快，實用化進(jìn)程也較快。如美國自1986年起在單、三相計量與繼電保護(hù)等方面連續(xù)三次掛網(wǎng)成功，其動態(tài)范圍為20-4000A，精度達(dá)±0.3%。我國華中理工大學(xué)研制的閉合式塊狀光學(xué)材料型 OCT也于1993年12月在廣東新會110KV變電站投入運行。4、集磁環(huán)式塊狀光學(xué)材料型 OCT 集磁環(huán)式塊狀光學(xué)材料型 OCT通過測量集磁環(huán)氣隙間的磁場而間接測量電流。其優(yōu)點是：易于改型、方便靈活、光道短而簡單，僅需要少量的光材料。其主要缺點是易受周圍雜散磁場的影

19、響、測量結(jié)果跟傳感晶體的位置有關(guān)。由于有鐵芯，存在故障電流下磁飽和現(xiàn)象及鐵芯材料的非線性和溫度效應(yīng)，仍難以實現(xiàn)高精度測量，所以很少用于精度要求較高和大電流的測量場合。光學(xué)材料通電導(dǎo)體集磁環(huán) 圖4 集磁環(huán)式塊狀光學(xué)材料型 OCT 集磁環(huán)氣隙的設(shè)計需折衷兩方面的因素：大氣隙利于獲得均勻磁場，從而減少晶體位置對于性能的影響；小氣隙利于減少尺寸和系統(tǒng)總重量。 由于集磁環(huán)式OCT的靈敏度高但精度較差，通常用于小電流測量或故障診斷和故障定位。以日本研制和應(yīng)用的集磁環(huán)式OCT為最多，其傳感材料多用YIG晶體（釔鐵柘榴石），該晶體的費爾德常數(shù)較大，溫度系數(shù)較大。有文獻(xiàn)提出了一種氣隙間多次反射和干涉檢測原理相結(jié)

20、合的改進(jìn)系統(tǒng)，有效地提高了靈敏度，其干涉靈敏度為5.310-6rad/A。 現(xiàn)有研制的集磁環(huán)式OCT室溫下測量精度優(yōu)于1%(范圍50A-4KA)，在-20-+80范圍內(nèi)，溫度變化率為0.02%/。有些文獻(xiàn)提出的OCT室溫下精度為0.3%，在0-+50范圍內(nèi)比差不超過±0.5，能滿足故障定位和診斷的特殊應(yīng)用要求。從以上應(yīng)用可知，盡管集磁環(huán)式OCT受精度限制難以用于計量，但卻可以成功地應(yīng)用于特殊場合。三 準(zhǔn)光學(xué)電流互感器1 光學(xué)電流互感器有傳感器和傳感信號兩個基本部件組成，若傳感和傳信號都基于光學(xué)原稱之為不完全的光學(xué)CT，簡稱準(zhǔn)光學(xué)CT。準(zhǔn)光學(xué)CT的傳感部件有：電磁式CT（見圖5）、分流

21、器（見圖6）、電感線圈（見圖7）等幾種。2574控制或保護(hù)裝置1、電磁式電流互感器2、信號調(diào)制及電光轉(zhuǎn)換3、光纖傳輸部件4、光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)及信 號處理5、傳感器的供電電源6、光纖7、光源63 圖5 含有電磁式CT的準(zhǔn)光學(xué)CT2574控制或保護(hù)裝置1、分流器2、信號調(diào)制及電光轉(zhuǎn)換3、光纖傳輸部件4、光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)及信 號處理5、傳感器的供電電源6、光纖7、光源631 圖6 含有分流器的準(zhǔn)光學(xué)CT2574控制或保護(hù)裝置1、羅科夫斯基線圈2、信號調(diào)制及電光轉(zhuǎn)換3、光纖傳輸部件4、光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)及信 號處理5、傳感器的供電電源6、光纖7、光源631 圖7 含有電感線圈的準(zhǔn)光學(xué)CT四、組合式光電CT 傳

22、統(tǒng)的電磁式CT的穩(wěn)態(tài)精度高，工業(yè)應(yīng)用已達(dá)0.2%級，滿足了電能計量的要求，缺點是易飽和，當(dāng)一次電流含非周期分量時，導(dǎo)致鐵芯飽和，引起二次側(cè)電流嚴(yán)重畸變，是多種繼電保護(hù)的難題。在電磁感應(yīng)原理的框架下找出路，雖能有些改善，但不能根本解決問題。 全光學(xué)CT的暫態(tài)特性好，沒有鐵芯飽和問題，其暫態(tài)精度已經(jīng)能夠滿足各種保護(hù)的要求，但穩(wěn)態(tài)精度不高，遠(yuǎn)不能滿足電能計量（要求0.2%級的準(zhǔn)確度）的要求，在法拉第旋光效應(yīng)原理框架下找出路，也會逐漸有所改善，但想達(dá)到0.2%準(zhǔn)確度的目標(biāo)，尚有很長距離。 分析了兩種CT的優(yōu)勢和不足，我們得出的結(jié)論是：把傳統(tǒng)的電磁式CT與光學(xué)CT相結(jié)合，發(fā)揮優(yōu)勢互補，組成一種新型的組合

23、式光電式CT，由傳統(tǒng)電磁式CT向計量系統(tǒng)供電流信號，由OCT向保護(hù)系統(tǒng)供電流信號。 傳統(tǒng)電磁式CT也是由多個鐵芯套裝在一起，組成一個單元，其中每個鐵芯都是一個單獨的CT，彼此互不影響。一般有一個鐵芯CT供測量用，保證高穩(wěn)態(tài)精度，其他幾個鐵芯CT都供保護(hù)用?？紤]到傳統(tǒng)電磁式CT也是由多個獨立的鐵芯CT組裝在一起的，那么我們提出的由傳統(tǒng)電磁式CT和OCT組裝在一起的想法應(yīng)該是可行的，這樣做既不影響安裝，又不影響使用，是一種理想的解決辦法。我們還考慮了一種方案，把準(zhǔn)光學(xué)CT與全光學(xué)CT組合在一起，充分發(fā)揮光學(xué)CT在絕緣方面的優(yōu)勢，使組合在一起的CT具有絕緣性能好，體積小，重量輕，同時滿足計量和保護(hù)對

24、CT 的精度的要求，也許是更為理想的解決辦法。五、光學(xué)CT的改進(jìn)OCT受環(huán)境因素的影響，精度難以達(dá)到計量系統(tǒng)提出的標(biāo)準(zhǔn)，但是不能因此就放松對提高其性能的研究工作。以下幾個方面是當(dāng)前研究的重點：（1） 采用新材料和新工藝（2） 研究一種無粘合、無反射塊狀結(jié)構(gòu)（3） 在組合式光電CT中施行精度的反饋校正補償控制方法這些方法都會明顯提高OCT的性能和精度。六、光學(xué)CT在饋線自動化中的應(yīng)用配電自動化是當(dāng)前配電網(wǎng)改造的一個重點，其核心問題是實現(xiàn)饋線自動化。發(fā)生相間故障時，因短路電流大，饋線按段實現(xiàn)故障定位并不難，問題已經(jīng)獲得解決。配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，首先要在變電所選出接地故障選線，選出故障饋線后接著要

25、進(jìn)行饋線的接地故障選段，隨后進(jìn)行隔離和處理。我國配電網(wǎng)大多采用小電流接地方式，單相接地故障時接地電流很小，配電單相接地故障選線，有很大難度，饋線單相接地故障選段的難度就更大。配電單相接地故障選線的基本方法是比較各出線的接地電流的大小和相位。饋線分段以后，各測點只有一個電流，當(dāng)?shù)貨]有可比較的電流。唯一的辦法就是同相鄰的上游測點電流或同相鄰的下游測點電流比較，這就要求實現(xiàn)遠(yuǎn)方信號傳輸，采用電磁式零序電流互感器時，不僅要安裝普通信號線，同時還要在測點安裝接口和電源。這些對于饋線來說，往往被認(rèn)為是小題大做，技術(shù)上很麻煩，經(jīng)濟上耗費也很大，難以為用戶所接受。光學(xué)CT的出現(xiàn)給饋線單相接地選段提供了新思路。

26、如圖8所示。 圖8 基于光學(xué)CT的饋線單相接地選段系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比較、和：若，則故障發(fā)生在第一段線路；若，則故障發(fā)生在第二段線路；以下類推。光學(xué)CT可以把電流信號傳得很遠(yuǎn)，又不用在當(dāng)?shù)卦O(shè)置電源，在變電站設(shè)置電源和光源要好辦得多，所以說光學(xué)CT的出現(xiàn)給饋線的單相接地故障選段帶來了新的機會，值得做進(jìn)一步的研究。七光學(xué)電流互感器在母線差動保護(hù)中的應(yīng)用母線保護(hù)是確保電力系統(tǒng)安全運行的重要措施。傳統(tǒng)的具有代表性的母差保護(hù)有低阻抗、中阻抗和高阻抗三種類型。這三種保護(hù)都受電流互感器因短路電流中非周期分量引起的CT飽和的困擾，達(dá)不到十全十美的目標(biāo)。低阻抗母線保護(hù)采用帶速飽和變流器來防止CT飽和引起的保護(hù)誤動，帶來

27、的副作用是動作速度慢，無法滿足快速隔離故障的要求。中阻抗和高阻抗母線保護(hù)采用比率制動原理，在一定程度上緩和了CT飽和的影響，加快了動作速度，但卻引起差動回路的過電壓，且抗CT飽和也不完全徹底。總之，CT飽和是差動保護(hù)的共同障礙，不管采取什么原理，都不能徹底解決CT飽和帶來的負(fù)面影響。近年來保護(hù)下放和微機化受到廣泛的重視。保護(hù)下放到開關(guān)站，大大縮短了CT二次回路的長度，減輕了CT的負(fù)擔(dān)，在很大程度上減小了CT飽和程度，從而減緩了CT飽和帶來的負(fù)面影響。盡管如此，也不能說CT飽和的影響完全解決了，在微機母差保護(hù)中CT飽和的影響仍然是個關(guān)鍵問題，需要在微機母線差動保護(hù)中采取種種對策以減輕CT飽和的影

28、響。如果CT不飽和，則微機母線差動保護(hù)將更加簡化、有效。總之，不管是傳統(tǒng)的母差保護(hù)也好，還是新型的微機母差保護(hù)也好，都不可能單靠保護(hù)算法完全徹底地克服CT飽和的負(fù)面影響，需要對癥下藥，用治本的辦法代替治標(biāo)的辦法，用沒有飽和現(xiàn)象的光學(xué)電流互感器取代電磁式CT，這才是從根本上解決問題的辦法。 互感器的變化必將引起保護(hù)的相應(yīng)變化。采用光學(xué)電流互感器以后就不應(yīng)完全照搬過去的母差保護(hù)原理和方法。值得進(jìn)一步深入考慮的問題有：（1） 光學(xué)電流互感器沒有飽和問題，非周期電流分量也能高保真地傳送到二次側(cè)。根據(jù)基爾霍夫定律，非周期分量電流不但無害，反而有利。應(yīng)該構(gòu)造一種把非周期電流分量也考慮在內(nèi)的瞬時值差動保護(hù)，

29、以提高保護(hù)的性能。（2） 光學(xué)電流互感器的輸出是模擬光強信號，其傳輸距離可近可遠(yuǎn)，不必過份強調(diào)保護(hù)下放，在一定條件下，保護(hù)的集中安裝也可能是可取的。（3） 電磁式CT的二次電流傳送幾百米是困難的是旁路開關(guān)保護(hù)切換的難題。改用光學(xué)電流互感器后，光信號在變電站內(nèi)傳送很容易，解決了旁路母線保護(hù)切換的難題。八利用光學(xué)電壓互感器可從根本上解決鐵磁諧振問題過去，電網(wǎng)中因PT引起鐵磁諧振問題經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重時導(dǎo)致PT爆炸造成母線短路，是一種惡性事故，被廣為關(guān)注。PT引起的鐵磁諧振吸引了一批學(xué)術(shù)界人士進(jìn)行研究，弄清了鐵磁諧振發(fā)生的機理，提出了種種辦法，遏制了鐵磁諧振的頻繁發(fā)生。當(dāng)前，由PT引起的鐵磁諧振已經(jīng)很少

30、發(fā)生了，但并沒有絕跡，全國每年仍有若干起鐵磁諧振引起的PT爆炸事故，說明問題尚未徹底解決。光學(xué)互感器給我們帶來了希望。由于光學(xué)電壓互感器沒有鐵芯，可以從根本上杜絕鐵磁諧振的發(fā)生。用光學(xué)互感器取代電磁式電壓互感器實現(xiàn)小電流接地電網(wǎng)的單相接地故障檢測是一種理想的解決方案。但是，采用光學(xué)電壓互感器也帶來了一個問題。和光學(xué)電流互感器一樣，光學(xué)電壓互感器的精度不高，不能滿足計量的要求，怎么辦？還是老辦法，把光學(xué)電壓互感器與電磁式電壓互感器相結(jié)合起來，電磁式電壓互感器采用V/V接線，如圖9所示。V/V接線的電壓互感器沒有中性點，當(dāng)然也就不存在中性點接地的問題，從理論上就不會引起鐵磁諧振。V/V接線PT的精度很高，能夠滿足計量的要求，但卻不能檢測電網(wǎng)單相接點故障，不能給出故障報警。這個任務(wù)就留給光學(xué)電壓互感器完成。圖9 V/V接線電壓互感器九、全光學(xué)保護(hù)的構(gòu)想防電磁干擾一直是微機保護(hù)的核心技術(shù)，采用光學(xué)互感器從保護(hù)的上游遏止了電磁干擾的影響，但這是一個很大的技術(shù)進(jìn)步。我們有理由設(shè)想，把保護(hù)也光學(xué)化，則更加徹底地解決電磁干擾問題。所謂全光學(xué)保護(hù)就是指CT、PT和保護(hù)全都光學(xué)化。以下幾種技術(shù)可以認(rèn)為是全光學(xué)保護(hù)的第一步：（1） 全光纖線路縱差保護(hù)如圖10所示，用一根光纖實現(xiàn)電流傳感和信號傳輸，起偏器和檢偏器都放在始端，稱這個系統(tǒng)為全光纖測量保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)