全光学电压互感器关键技术及其工程应用

全光学电压互感器关键技术及其工程应用

（张志鑫谭金权石梅荣张峰孙祥龙）

南瑞航天(北京)电气控制技术有限公司北京100085

摘要：全光学电压互感器基于Pockels光电测量原理，实现了电压的非介入式、宽频域及精密测量，准确度达到0.2/3P，具有本质安全、强绝缘能力、突出的抗快速暂态过电压（VFTO）干扰性能及可靠性等优点。此外，全光学互感器大幅度降低了运行维护成本，不需要定期检修，通过状态自诊断即可实现产品状态维修，节省占地面积。我国独立自主率先开发出工程化产品，解决了无源式电子式互感器温度、振动等环境适应性及长期可靠性的关键技术难题，在我国智能化变电站建设中10余个工程项目得到应用，应用数量超过100台，产品运行稳定，总体运行情况良好。光学电压互感器基于全新的测量原理，在集成一体化、智能化、安全性、可靠性方面具有突出的优势，在未来的智能变电站建设中具有广阔的应用空间。

关键字：全光学电压互感器、温度、振动，工程应用

The key technologies and the engineering applications of all optical voltage transformer ZHANG Zhi-xing, TAN Jin-quan, SHI Mei-rong, ZHANG Feng, SUN Xiang-long NAE(Beijing) Electric Control Technology Ltd. 100085 Abstract：All optical voltage transformer based on the principle of Pockels photoelectric measurement achieves the voltage of the non intrusive, wide frequency range, precision measurement, the accuracy of 0.2/3P and has the advantages of intrinsic safety, strong insulating ability, the outstanding performance of VFTO interference and reliability etc. Furthermore, all-optical transformer dramatically reduces operation and maintenance cost. It saves floor space and doesn't need regular overhauling as it can achieve condition-based maintenance by self-diagnosis. China has taked the lead in developing engineering products, solves the key technical problems of passive electronic transformer’s temperature, vibration, other environmental adapt ability , long term reliability and they have applied in more than 10 projects of Intelligent substation construction in China. The number of application is more than 100. The products are running stable, generally operating in good condition. All-optical voltage transformer based on the new measuring principle has the outstanding advantages of integration, intelligence, security and reliability and has a broad application space in the future construction of Smart Substation.

Key Words：All optical voltage transformer, Temperature, Vibration, The engineering applications

0．引言

近年来，随着物联网、云计算等技术在电网的应用，发展可靠、安全和高效的智能电网已上升为国家能源战略。新一代智能电网将是电力系统未来10年的主要发展方向。互感器在电网中起着精确快速测量电学参量的作用，是智能电网的核心基础设备。电磁式互感器在常规输变电领域中长期应用，但存在磁饱和、绝缘复杂、有爆炸、电磁谐振、二次短路危险及暂态性能差等固有缺点，已不能满足新一代智能电网集成一体化、智能化、安全性、可靠性的需求。因此，互感器技术已成为新一代智能电网技术发展的瓶颈技术之一。

电子式电压互感器与传统的电磁式互感器相比具有高精度，高线性度，宽频带，体积小，重量轻等优点。电子式电压互感器可以根据需要输出低压模拟量和数字量，可直接用于微机保护和电子式计量设备，而且能实现在线检测和故障诊断，适应了电力系统数字化、智能化和网络化的需要。电子式电压互感器分为有源式和无源式电压互感器。有源式电压互感器主要有电阻分压电子式电压互感器和电容分压电子式电压互感器，但存在温度漂移、杂散电容和电压过零误差及抗干扰等不足，不能满足高电压等级的需求。对于GIS结构，由于采用SF6气体绝缘，可以采用电容环分压结构，这种结构的电子式电压互感器具有优良的暂态性能，但存在敏感温度误差难以保证、抗快速暂态过电压（VFTO）难题。

总体来看，有源式电子式电压互感器在AIS应用场合存在绝缘性能不好及暂态特性差的不足，在GIS应用上存在抗VFTO干扰的难题，在实际运行中故障率较高。无源电子式电压互感器不需电容分压，绝缘性能好、暂态特性好、集成度高，可以实现与GIS高度集成，大幅度节省安装空间。但是光学电压互感器研制难度大，需要解决温度、振动稳定性及长期可靠性难题。

无源式电压测量主要有Pockels效应原理及逆压电效应原理，目前工程化产品均为Pockels效应原理。我国对光学电压传感器的研究始于80年代，南瑞航天、华中科技、许继光电等对光学电压互感器开展了研究。目前，南瑞航天突破稳定性、可靠性工程化难题，率先开发出工程化产品，并通过中国电科院武高所型式试验及评测，并在国内10座变电站得以应用，应用数量100余台，运行稳定可靠。

全光学电压互感器（OVT）基于Pockels 电光效应[1][2][3]的电压传感技术为基础，实现高压一次电压非接触光学准确测量，克服了电磁感应、电容分压型电压互感器安全感性差、谐振、暂态特性不好等问题。具有故障智能自诊断和抗VFTO干扰性能，易于集成。安装方式灵活，可与隔离式断路器、GIS、等高压一次设备高度集成，大幅度节约占地。

本文从OVT的光路、光学器件、工艺及工程应用设计方面进行研究，提出了全光学电压互感器温度、振动等环境适应性及长期可靠性问题的解决技术方案。

1．全光学电压互感器原理及关键技术

1.1 全光学电压互感器原理

Pockels效应是指某些光学晶体材料在外加电场作用下，其折射率随外加电场发生变化的一种现象，亦称为线性电光效应。当一线偏振光沿某一方向入射处于外加电场