引言:光纖電流互感器是換流站中重要的測量設(shè)備，其可靠測量關(guān)系著直流輸電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。在國網(wǎng)設(shè)備部組織下，江蘇電科院聯(lián)合中國電科院開展科研攻關(guān)，探索光纖電流互感器故障機(jī)理，研制高可靠光電器件，打造了高可靠自主化光纖電流互感器。

國產(chǎn)光纖電流互感器應(yīng)用在±800千伏白鶴灘—江蘇特高壓直流工程

近日，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院技術(shù)人員開展了光纖電流互感器狀態(tài)量預(yù)警功能驗(yàn)證，為后續(xù)江蘇電網(wǎng)直流測量裝置健康狀態(tài)評(píng)估打下基礎(chǔ)。

在國家電網(wǎng)有限公司設(shè)備管理部組織下，江蘇電科院牽頭開展了“高可靠自主化光纖電流互感器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目研究。該項(xiàng)目揭示了進(jìn)口光纖電流互感器的故障機(jī)理，針對其薄弱點(diǎn)研制了一體化傳感光纖、調(diào)制器和光源等核心光電器件，打造了國產(chǎn)化自主可控光纖電流互感器。

在運(yùn)光纖電流互感器多為進(jìn)口設(shè)備

測量直流電無法使用傳統(tǒng)電磁式互感器，主要使用光纖電流互感器。以往，光纖電流互感器大部分依賴進(jìn)口且故障率較高。研制可靠性高、自主可控的光纖電流互感器成為直流輸電工程發(fā)展迫切需要攻克的難題。

找出進(jìn)口設(shè)備的薄弱點(diǎn)是提升在運(yùn)光纖電流互感器可靠性的前提。自2016年起，在國網(wǎng)設(shè)備部的組織下，江蘇電科院聯(lián)合中國電力科學(xué)研究院有限公司等單位組建攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，通過大量查閱文獻(xiàn)、理論分析、實(shí)驗(yàn)仿真等手段，摸清了進(jìn)口設(shè)備故障率高的原因，找出了切割式波片、機(jī)械振動(dòng)式調(diào)制器、光源等薄弱點(diǎn)。

在理論分析基礎(chǔ)上，2018年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了進(jìn)口光纖電流互感器故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)，并研制了光纖電流互感器狀態(tài)監(jiān)測儀。依托故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)根據(jù)需求調(diào)節(jié)光纖電流互感器的光路強(qiáng)度、調(diào)制信號(hào)幅值，配合使用狀態(tài)監(jiān)測儀對光纖電流互感器的關(guān)鍵狀態(tài)量開展定量分析，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口設(shè)備全壽命周期的“心電圖”動(dòng)態(tài)監(jiān)測，驗(yàn)證了故障分析的準(zhǔn)確性，并為運(yùn)維人員排查故障提供了技術(shù)支撐。

國產(chǎn)化的光纖電流互感器具有高可靠性

從根本上實(shí)現(xiàn)光纖電流互感器的高可靠性必須依靠研發(fā)自主可控的國產(chǎn)化設(shè)備。自2017年起，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)到行業(yè)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠家和高校等開展了大量調(diào)研，針對光纖電流互感器的光纖、調(diào)制器、光源等主要光電器件開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

“切割式波片是進(jìn)口光纖電流互感器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)偏振特性變換的光纖組件，長度只有2毫米，切割難度大，稍有誤差就會(huì)影響互感器測量精度。切割好的波片還需要與光纖進(jìn)行45度角熔接，熔接的角度、熔接放電也會(huì)對互感器測量結(jié)果有明顯影響?！表?xiàng)目研究人員、江蘇電科院繼電保護(hù)及自動(dòng)化通信技術(shù)中心二次設(shè)備調(diào)試專職龐福濱介紹，“我們聯(lián)合行業(yè)科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家，提出了光纖波片一體化拉制新技術(shù)，直接在一根光纖上實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的傳輸和電流的測量，不需要再單獨(dú)熔接波片，避免了制作過程中切割和熔接帶來的測量精度降低問題?！?/span>

調(diào)制器是光纖電流傳感器調(diào)制光信號(hào)的關(guān)鍵組件。進(jìn)口設(shè)備采用基于機(jī)械振動(dòng)的壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)調(diào)制，調(diào)制信號(hào)頻率低，易受外界振動(dòng)的影響。為此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)組織研制了基于鈮酸鋰晶體的高偏振直波導(dǎo)調(diào)制器，將調(diào)制信號(hào)頻率由幾萬赫茲提升至上兆赫茲。經(jīng)過第三方機(jī)構(gòu)檢測，振動(dòng)對使用這種調(diào)制器的光纖電流傳感器測量誤差的影響降低至進(jìn)口設(shè)備的7%。

光源光功率低、長期衰減大是制約進(jìn)口光纖電流互感器使用壽命的主要因素。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)組織研制了高功率長壽命光源，將光源光功率提升了2.4倍，光源壽命由進(jìn)口設(shè)備的10萬小時(shí)增至22.2萬小時(shí)。

基于上述光電器件關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，2020年，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠光纖電流互感器研制成功。目前，該成果已應(yīng)用于張北柔性直流電網(wǎng)工程、±800千伏白鶴灘—江蘇特高壓直流工程等16項(xiàng)直流輸電工程中，與進(jìn)口設(shè)備相比，平均故障率由10.3次/（百臺(tái)·年）降低至0.68次/（百臺(tái)·年），保障相關(guān)工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。

評(píng)估光纖電流互感器狀態(tài)為避免故障打下基礎(chǔ)

光纖電流互感器的運(yùn)行狀態(tài)可通過自身的狀態(tài)參量反映出來。若能提前發(fā)現(xiàn)異常，就可以避免隱患發(fā)展為故障。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究狀態(tài)預(yù)警算法是關(guān)鍵。

早期的進(jìn)口光纖電流互感器只能讀取幾個(gè)狀態(tài)參量，且僅用作監(jiān)測，缺乏告警功能?！拔覀兝弥绷麟娏鳒y量裝置模擬試驗(yàn)平臺(tái)，建立了不同技術(shù)路線光纖電流互感器的故障類型與狀態(tài)參量的關(guān)系，并將它們的運(yùn)行狀態(tài)分為正常、監(jiān)測、預(yù)警和告警四種，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估和預(yù)警?！表?xiàng)目研究人員、江蘇電科院高級(jí)工程師王晨清介紹，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還在單臺(tái)設(shè)備狀態(tài)感知基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，開發(fā)了站級(jí)、云端的測量裝置狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警系統(tǒng)，提升了對光纖電流互感器的數(shù)字化管理水平和運(yùn)維效率。

2023年1月，“高可靠自主化光纖電流互感器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目成果通過了中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的鑒定。鑒定委員會(huì)認(rèn)為，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了光電器件的自主化及關(guān)鍵參數(shù)的超越，顯著提升了光纖電流互感器的可靠性，成果整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。今年年初，該項(xiàng)目獲國家電網(wǎng)公司2023年度科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

內(nèi)容來源：國家電網(wǎng)報(bào)

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