Исследование характеристик волоконно-оптического трансформатора тока для измерения тока дисбаланса высоковольтного фильтрующего конденсатора

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Jun Zhao, Shengguo Xu, Baofeng Wu, Xiaohan Sun. Исследование характеристик волоконно-оптического трансформатора тока для измерения тока дисбаланса высоковольтного фильтрующего конденсатора. Research on the performance of fiber optical current transformer for high voltage filtering capacitor unbalanced current measurement [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 6. С. 64–72. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-05-64-72

Jun Zhao, Shengguo Xu, Baofeng Wu, Xiaohan Sun. Исследование характеристик волоконно-оптического трансформатора тока для измерения тока дисбаланса высоковольтного фильтрующего конденсатора. Research on the performance of fiber optical current transformer for high voltage filtering capacitor unbalanced current measurement [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 6. P. 64–72. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-05-64-72

Ссылка на англоязычную версию:

Jun Zhao, Shengguo Xu, Baofeng Wu, and Xiaohan Sun, "Research on the performance of a fiber optical current transformer for high voltage filtering capacitor unbalanced current measurement," Journal of Optical Technology. 89(6), 353-358 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000353

Аннотация:

Предмет исследования. Предложена волоконно-оптическая схема измерения тока дисбаланса высоковольтного фильтрующего конденсатора, в которой реализована коррекция температурных ошибок в реальном времени, использующая полностью волоконный датчик температуры на основе температурного изменения двойного лучепреломления. Метод. Разработаны прототипы волоконно-оптического трансформатора тока цельноволоконного (AF-FU-FOCT) и магнитооптического кристаллического (MOC-FU-FOCT) типов на номинальный ток 1 А и номинальное напряжение 258 кВ, выполнены испытания этих устройств. Основные результаты. После температурной коррекции точность цельноволоконного устройства (AF-FU-FOCT) в диапазоне от −40 °C до 70 °C соответствует требованиям к пределу погрешности класса 0,2, указанным в стандарте GB/T 20840.8-2007 (Китай), причём точность, удобство интеграции в схемы, надёжность и помехоустойчивость его оказалась лучше, чем у магнитооптического кристаллического устройства (MOC-FU-FOCT). Практическое значение. Предлагаемая схема даёт возможность измерения малых токов (менее 20 мА) в высоковольтной (более 110 кВ) аппаратуре.

Ключевые слова:

высоковольтный фильтрующий конденсатор, волоконно-оптический трансформатор тока, волоконный датчик температуры, температурная коррекция, точность

Благодарность:

Авторы благодарят Фонд авиационной науки Китая (2019ZH069003); научно-исследовательские проекты Министерства и региональных основных лабораторий Китая (2242020k30035).

Коды OCIS: 060.2370

Список источников:

1. Lv W., Xie H., Xu Q., Shen C., Chen F. The impacts of AC filters to power grid harmonic in UHVDC converter station // Proc. of the 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration. Beijing, China. 20–22 Oct. 2018.

2. Wang H., Tan Y., Wang X., Luo L., Liu L. Mou X. Research on configuration and switching strategy of AC filter for Shaoshan Converter Station // Proc. of the 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration. Beijing, China. 20–22 Oct. 2018.
3. Sheng H., Wang F., Tipton C. A fault detection and protection scheme for three-level DC-DC converters based on monitoring flying capacitor voltage // IEEE T. Power Electr. 2012. V. 27. № 2. P. 685–697.
4. Santos H., Paulino J., Boaventura W., Baccarini L., Murta M. Harmonic distortion influence on grounded wye shunt capacitor banks protection: Experimental results // IEEE T. Power Deliver. 2013. V. 28. № 3. P. 1289–1296.
5. Ripka P. Electric current sensors: a review // Meas. Sci. Technol. 2010. V. 21. № 11. P. 1–23.
6. Chen Y.F., Huang Q., Khawaja A.H. A novel non-invasion magnetic sensor array based measurement method of large current // Measurement. 2019. V. 139. P. 78–84.
7. Wang H., Fu Z.H., Wang Y. A time-domain feedback calibration method for air-coil magnetic sensor // Measurement. 2019. V. 135. P. 61–70.
8. Vitsinskii S., Lovchii I., Mokeev S. Fiber-optic ac transformers // J. Opt. Technol. 2003. V. 70. № 4. P. 225–229.
9. Wang L.H., Wei G.J., Zhu Y.N., Liu J., Tian Z.Q. Real-time modeling and online filtering of the stochastic error in a fiber optic current transducer // Meas. Sci. Technol. 2016. V. 27. № 10. P. 1–6.
10. Kucuksari S., Karady G.G. Experimental comparison of conventional and op-tical current transformers // IEEE T. Power Deliver. 2010. V. 25. № 4. P. 2455–2463.
11. Wang Z.P., Wang X.Z. Theoretical analysis of the temperature characteristics of an optical current sensing element // Measurement. 2009. V. 42. № 2. P. 277–280.
12. Muller G.M., Yang L., Gulenaltin B., Frank A., Bohnert K. Tempera-ture compensation of fiber-optic current sensors // Proc. of the 23rd interna-tional conference on optical fiber sensors. Santender, Spain. 2 June. 2014. P. 915705-1–915705-4.
13. Miklós L., Robert W., Andreas F., Klaus B. Thermal tuning of fiber quarter-wave retarders for temperature compensation of fiber-optic current sensors // Proc. of the conference on optical sensors. Rio Grande, Puerto Rico United States. 14–17 July. 2013. Paper# SM3C.3.
14. Muller G.M., Frank A., Lenner M., Bohnert K., Gabus P., Guelenaltin B. Temperature compensation of fiber optic current sensors in different regimes of operation // Proc. of the 25th IEEE Photonics Conference. Burlingame. USA. 23–27 Sep. 2012. P. 745–746.
15. Bohnert K., Gabus P., Nehring J., Brandle H. Tempera-ture and vibration insensitive fiber-optic current sensor // J. Lightwave Technol. 2002. V. 20. № 2. P. 267–276.
16. Willsch M., Richter M., Kaiser J., Bosselmann T., Judendorfer T. Compensa-tion methods of the temperature dependence of glass ring type optical current sensors // Proc. of the 7th European Workshop on Optical Fibre Sensors. 01–04 Oct. 2019. Limassol. Cyprus. P. 1119904-1–1119904-4.
17. Yan Z.J., Zhou K.M., Zhang L. In-fiber linear polarizer based on UV-inscribed 45 degrees tilted grating in polarization maintaining fiber // Opt. Lett. 2012. V. 37. № 18. P. 3819–3821.
18. Bharathan G., Hudson D.D., Woodward R.I., Jackson S.D., Fuerbach A. In-fiber polarizer based on a 45-degree tilted fluoride fiber Bragg grating for mid-infrared fiber laser technology // OSA continuum. 2018. V. 1. № 1. P. 56–63.
19. Zhao J., Wang H., Sun X. Study on the performance of polarization maintain-ing fiber temperature sensor based on tilted fiber grating // Measurement. 2021. V. 168. № 10. P. 1–7.
20. Fitzpatrick C., Lewis E., Al-Shamma'a A., Lucas J. An optical fiber sensor for on-line temperature control of germicidal microwave plasma powered UV lamps // Measurement. 2003. V. 33. № 4. P. 341–346.
21. Zhan Y., Feng C., Shen Z., Xie N., Liu H., Xiong F., Wang S., Sun Z., Yu M. Fiber Bragg grating monitoring for composites in the out-of-autoclave curing process // J. Opt. Technol. 2018. V. 85. № 6. P. 371–376.
22. Sidorova A., Tsirukhin A. The effect of the ambient temperature and refrac-tive index on the spectral characteristics of long-period fiber gratings with a corrugated polymeric coating // J. Opt. Technol. 2010. V. 77. № 5. P. 339–343.