全光纤电流互感器

全光纤电流互感器将光纤作为传感器，是一个伟大的构想，光纤传感器以其高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、无源等优点被人们广泛测试并应用。目前为止光纤传感器可以用于测量温度、压力、振动、转动、弯曲、应变、速度、电流、电压等多种物理量。同时在一些特殊领域起到了不可忽视的推动作用。测量电网中传输的电流是电网输电环节的重中之重。在电网中测量电流大小的器件被人们称作电流互感器。自电力系统成立以来，电流互感器几乎全部是根据电磁效应原理而设计并被使用的。由于长时间的使用与运行电流互感器已经趋于稳定并且技术成熟。但是随着社会对电力需求的不断增长，电压等级的逐渐加大，传统电流互感器逐渐暴露出了它的局限性，体积重量大、安装复杂、铁芯易于磁饱和、易爆容易产生危险等。在这样的情况下，全光纤电流互感器应运而生，并凭借着体积小、重量轻、电绝缘、抗电磁、动态范围大、频域响应范围宽、灵敏度高且便于安装等诸多优点，在与传统电流互感器的竞争者取得明显优势。目前，中国大力推行特高压技术，使“煤从空中走，电送全中国”成为了现实。为构建全球能源互联网，落实国家一带一路发展战略提供了强大的基础支撑。中国发展特高压是基本国情与需求所决定，我国能源资源与生产力逆向分布，70%以上的电力消费集中在东中部地区。我国经济正处于增长的关键期。电力需求将持续保持较快的增长。截至2014年年底国家已经累计建成三交四直工程。2014年5月为了落实国家政策，解决京津翼、长三角、珠三角等地区的用能问题，国家主管部门明确提出推动四交四直特高压工作。由此可见，大力发展全光纤电流互感器势在必行。目前，国内有很多家公司和研究机构致力于全光纤电流互感器的研发和生产工作，实现方案以Y波导方案和直波导方案两种为主，我们以其中的直波导方案为例，简单介绍一下全光纤电流互感器的工作原理。如图所示，1310nm的宽谱光源经过保偏耦合器后，进入起偏器变成了一束线偏振光，与相位调制器的尾纤进行45°熔接，这样线偏振光就沿着调制器尾纤的快/慢轴，分别注入调制器的X/Y轴，经过调制器后，在保偏光纤的快/慢轴中传输，经过四分之一波片后，快慢轴中的线偏光分别转变为左/右圆偏振光，注入传感光纤环。传感光纤是在拉丝过程中进行旋转的高双折射光纤，也就是我们常说的具有圆/椭圆偏振态保持能力的保圆光纤。由于法拉第磁光效应，电流所产生的磁场会使保圆光纤中的偏振光角度发生偏转，左/右圆偏振光的角度偏转方向相反，形成相位差。经过反射镜后，左圆偏振光变成右圆偏振光，右圆偏振光变成左圆偏振光，再次经过保圆光纤后，相位差加倍。返回四分之一波片后，左/右圆偏光会转变为正交的线偏振光，并携带相位变化信息，在经过相位调制器后，正交的线偏振光会在起偏器上投影，形成具有相同偏振方向的分量，干涉信号经耦合器后被探测器接收。相位调制器的作用是为了施加一个主动的相位差，补偿法拉第效应产生的相位差，使整套系统工作在灵敏度较高的线性区。在全光纤电流互感器的光路中，光源、耦合器、调制器、延迟线、探测器等器件均由国内的生产商提供，唯独传感光纤一直无法实现国产化，更有甚者，在2011年到2012年期间还出现了传感光纤长时间断货的恶劣情况。北京拓普光研正是在这个期间，积极联系国内外合作伙伴，按照国内用户的需求定制了保圆光纤以取代原有的低双折射光纤，满足国内用户的急切需求，确保国内用户的生产研发项目得以正常进行。北京拓普光研希望通过不懈努力，为推动全光纤电流互感器的大范围应用贡献自己的力量。