光学式电流和电压传感器

一、国内外发展状况

在电力系统中，互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表和继电器的电流线圈和电压线圈供电，以监测控制电气设备的正常运行和故障情况。随着现代电力技术向高电压、大容量的方向发展，对电力系统起保护作用和监控作用的电流传感器提出了向小型化、自动化、高智能化和高可靠性发展的要求。传统上使用的充油式磁感应电流互感器，由于设备充油，并用铜导线做传输介质，其体积笨重，功耗大、绝缘性能和电磁干扰的影响十分突出，而且潜在着爆炸的危险，已不能很好地满足工业技术的需求。因此，国外近年来投入大量的资金和人才，来研究和开发价格低、结构简单、安全可靠的新一代高压电流和电压测试和保护装置新一代光电式电流和电压互感器，也称光学电流和电压传感器（以下称光电流和电压传感器）。

近代激光和光纤通信技术，以及半导体技术的发展，使人们可以找到合适的利用光纤技术和半导体技术制作的高压电流和电压传感器-光学电流和电压传感器。从80年代以来，光学传感器技术在高压领域的应用已得到了各国科技人员越来越多的关注。国外已陆续研究开发出一些新型的光电流和电压传感器，部分已达到实用化程度。这种传感器与传统电流互感器相比，有以下优点：

1．不含油，无火灾及爆炸危险；

2．在故障电流情况下不会发生磁饱合；

3．输出端是光纤，无输出端开路时的过电压危险；

4．抗电磁干扰能力强；

5．体积小、重量轻，使设备可以做到小型化，可以节省大量的材料和功耗；

6．测量的范围大，准确度高及灵敏度好；

7．由于采用光电技术，利于实现自动化和智能化；

我国在这方面的研究刚刚起步不久，一些单位已经进行了有益的探索，但仍然存在很多问题，还不够成熟，达不到实用的水平。主要问题体现在下面几个方面：测量范围小，频率特性差，灵敏度和准确性较差，还不适应于大范围的测量要求，目前还仅仅适用于做监控使用。尤其是测量小电流的情况下，其读数波动大，准确性差，线性不好。离电力系统的计量要求还有距离，因此还需要做进一步的研究和开发工作，况且，该产品要形成系列产品也需要作进一步的开发工作。

二、预期经济效益、社会效益

以目前110KV系统用电流互感器为例，一台的售价约2万元，每年需求量为几万台，1万台的产值为2亿人民币，如果采用光电流传感器，每台成本可以控制在一万元以内，以售价1.2万元人民币计算，每一万台互感器每年就可为国家节约开支8千万元。加上由于采用光学式传感器后节省的能源和材料消耗，光此一项就可以产生几亿元的经济效益。考虑到电力系统使用的各种规格的互感器，产值、利润和节省开支都将是一个很大的数字。加上节约能源的费用，减少材料资源的消耗，其可以产生巨大的直接经济效益。新一代电流互感器的使用，有利于电力系统的自动化和智能化技术的采用，将推动电力系统的自动化水平，产生不可估量的社会效益。

本项目技术不仅可应用于高压系统的其它测量和控制中，而且可以应用于所有电力系统的测量和监控，还可以应用于其它磁场的测量中，如地质勘探测量、无损探伤等。

本项目可以使能耗大大降低，可以节省大量的铜和钢材，对社会发展将具有深远的影响。符合国家能源发展的战略。

三、市场分析

互感器在电力系统中的应用非常广泛，在出线母线、母线短路器、旁路短路器、输电线路、发电机、变压器及回路中都要安放几组互感器，因此目前电力系统中电流、电压互感器有很大的市场容量，仅西安就有几家规模不小的工厂生产互感器，且经济效益可观。如果要更新换代，需求量更加巨大。

现在从国外产品的挂网实验结果来看：美、日的部分实验产品可达运行2年的累积误差为1%，同样类型德国产品准确度可达0.5级。国内华中理工的试验产品达1级。因此一些具体技术指标已经达到接近实用的要求，从技术和试验条件的结果，说明该项目已经到了该尽快走向生产的阶段。

预期成果形式是系列产品实物，上述所列技术指标要达到电力系统的使用指标（指如累积误差0.2级，连续工作18万小时等）。部分技术水平达到和接近国际先进水平（指稳定性，误差率，线性），电流测量范围为0.5-几万安培，电压范围适合于供电高压。并能逐步替代现有电流互感器，形成规模生产。