引言:光纤电流互感器是换流站中重要的测量设备，其可靠测量关系着直流输电工程安全稳定运行。在国网设备部组织下，江苏电科院联合中国电科院开展科研攻关，探索光纤电流互感器故障机理，研制高可靠光电器件，打造了高可靠自主化光纤电流互感器。

国产光纤电流互感器应用在±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流工程

近日，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院技术人员开展了光纤电流互感器状态量预警功能验证，为后续江苏电网直流测量装置健康状态评估打下基础。

在国家电网有限公司设备管理部组织下，江苏电科院牵头开展了“高可靠自主化光纤电流互感器关键技术及应用”项目研究。该项目揭示了进口光纤电流互感器的故障机理，针对其薄弱点研制了一体化传感光纤、调制器和光源等核心光电器件，打造了国产化自主可控光纤电流互感器。

在运光纤电流互感器多为进口设备

测量直流电无法使用传统电磁式互感器，主要使用光纤电流互感器。以往，光纤电流互感器大部分依赖进口且故障率较高。研制可靠性高、自主可控的光纤电流互感器成为直流输电工程发展迫切需要攻克的难题。

找出进口设备的薄弱点是提升在运光纤电流互感器可靠性的前提。自2016年起，在国网设备部的组织下，江苏电科院联合中国电力科学研究院有限公司等单位组建攻关团队，通过大量查阅文献、理论分析、实验仿真等手段，摸清了进口设备故障率高的原因，找出了切割式波片、机械振动式调制器、光源等薄弱点。

在理论分析基础上，2018年，攻关团队建设了进口光纤电流互感器故障模拟试验平台，并研制了光纤电流互感器状态监测仪。依托故障模拟试验平台，攻关团队根据需求调节光纤电流互感器的光路强度、调制信号幅值，配合使用状态监测仪对光纤电流互感器的关键状态量开展定量分析，实现了进口设备全寿命周期的“心电图”动态监测，验证了故障分析的准确性，并为运维人员排查故障提供了技术支撑。

国产化的光纤电流互感器具有高可靠性

从根本上实现光纤电流互感器的高可靠性必须依靠研发自主可控的国产化设备。自2017年起，攻关团队到行业内科研机构、生产厂家和高校等开展了大量调研，针对光纤电流互感器的光纤、调制器、光源等主要光电器件开展关键技术攻关。

“切割式波片是进口光纤电流互感器实现光信号偏振特性变换的光纤组件，长度只有2毫米，切割难度大，稍有误差就会影响互感器测量精度。切割好的波片还需要与光纤进行45度角熔接，熔接的角度、熔接放电也会对互感器测量结果有明显影响。”项目研究人员、江苏电科院继电保护及自动化通信技术中心二次设备调试专职庞福滨介绍，“我们联合行业科研机构和生产厂家，提出了光纤波片一体化拉制新技术，直接在一根光纤上实现了信号的传输和电流的测量，不需要再单独熔接波片，避免了制作过程中切割和熔接带来的测量精度降低问题。”

调制器是光纤电流传感器调制光信号的关键组件。进口设备采用基于机械振动的压电陶瓷实现调制，调制信号频率低，易受外界振动的影响。为此，攻关团队组织研制了基于铌酸锂晶体的高偏振直波导调制器，将调制信号频率由几万赫兹提升至上兆赫兹。经过第三方机构检测，振动对使用这种调制器的光纤电流传感器测量误差的影响降低至进口设备的7%。

光源光功率低、长期衰减大是制约进口光纤电流互感器使用寿命的主要因素。攻关团队组织研制了高功率长寿命光源，将光源光功率提升了2.4倍，光源寿命由进口设备的10万小时增至22.2万小时。

基于上述光电器件关键技术攻关，2020年，具有自主知识产权的高可靠光纤电流互感器研制成功。目前，该成果已应用于张北柔性直流电网工程、±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流工程等16项直流输电工程中，与进口设备相比，平均故障率由10.3次/（百台·年）降低至0.68次/（百台·年），保障相关工程安全稳定运行。

评估光纤电流互感器状态为避免故障打下基础

光纤电流互感器的运行状态可通过自身的状态参量反映出来。若能提前发现异常，就可以避免隐患发展为故障。要实现这一点，研究状态预警算法是关键。

早期的进口光纤电流互感器只能读取几个状态参量，且仅用作监测，缺乏告警功能。“我们利用直流电流测量装置模拟试验平台，建立了不同技术路线光纤电流互感器的故障类型与状态参量的关系，并将它们的运行状态分为正常、监测、预警和告警四种，实现了设备运行状态的评估和预警。”项目研究人员、江苏电科院高级工程师王晨清介绍，攻关团队还在单台设备状态感知基础上进行扩展，开发了站级、云端的测量装置状态监测和故障预警系统，提升了对光纤电流互感器的数字化管理水平和运维效率。

2023年1月，“高可靠自主化光纤电流互感器关键技术及应用”项目成果通过了中国电机工程学会组织的鉴定。鉴定委员会认为，项目实现了光电器件的自主化及关键参数的超越，显著提升了光纤电流互感器的可靠性，成果整体达到国际领先水平。今年年初，该项目获国家电网公司2023年度科学技术进步奖一等奖。

内容来源：国家电网报

声明：网站所发文章仅为学习交流，无商业用途，若有侵权请告知，我们将及时删除，再次向原作者致敬。