具有光纖電流傳感器的發電機斷路器制造技術

在發電機斷路器(3)中的電流通過繞斷路器的導體(4)成環的光學傳感纖維(7)的法拉第效應來被測量。該傳感纖維(7)設置在傳感帶(29)中，傳感帶(29)可以安裝到發電機斷路器的外殼(20)或到導體(4)。該設計具有寬測量范圍并且可以容易配合于新的或現有的發電機斷路器。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于設置在發電機和變壓器之間并且具有電流傳感器的發電機斷路 器(generator circuit breaker)。本專利技術還涉及包括發電機、變壓器和這樣的斷路器的組 件。
技術介紹
發電機典型地產生大約幾千伏的第一 AC電壓并且連接到將第一電壓變換到可 以是大約例如幾百千伏的更高第二電壓的變壓器。在許多應用中，所謂的“發電機斷路 器”(GCB)的斷路器設置在該發電機和變壓器之間。到目前為止，在GCB內的電流測量通過感應電流互感器(inductive current transformer)實現。初級繞組由GCB的傳送電流路徑代表。電流互感器的二次部件由鐵芯 和繞組根據期望的傳輸比構成。初級電流在該鐵芯中產生磁通量并且由此在二次繞組中產 生電流。GCB的典型涵蓋的電流范圍從OA延至300kA，因此必須使用不同的芯以實現保護 或測量目的。這是因為設計用于高電流的芯在較低電流范圍不具有足夠的準確度。設計用 于相對低電流的芯將由高的初級電流飽和，使得變壓器對于高電流變成非線性的。常規電流互感器由于它們的鐵芯因而是相對笨重的，因此，必須使用起重機用于 將電流互感器安裝到GCB的正面。由于客戶需求關注于傳輸比、重量、準確度等級和保護等級，存在很多種電流互感 器，這使得標準化是不可能的。W02005/111633公開了光纖電流傳感器的傳感纖維的無應力封裝和取向的概念以 便例如用于在鋁熔爐的高直流的精確測量。
技術實現思路
因此，本專利技術要解決的問題是提供在發電機斷路器中使得電流測量更容易的概念。該問題由與根據獨立權利要求的組件結合的發電機斷路器解決。因此，GCB配備 有電流傳感器，其包括繞GCB的導體成環的光纖和用于測量由于纖維中的法拉第效應而引 起的依賴電流的光學相移的光電子模塊。該設計相比基于測量變壓器(measurement transformer)的常規電流測量具有重 要優勢。特別地，它是輕量的，具有寬測量范圍并且實現了對于大片電流范圍的很大程度的 標準化。有利地，在電流傳感器中使用低雙折射傳感纖維。纖維可以封裝在例如熔融石英的毛細管中，并且該毛細管安裝在例如纖維增強環 氧樹脂的柔性載體帶上或其中。該載體帶可以安裝到GCB的外殼，或它可以安裝到傳送電 流導體(例如在GCB無外殼操作的情況下)。傳感器的光電子模塊可以例如位于GCB控制柜中。 附圖說明當考慮本專利技術的下列詳細說明時本專利技術將更好理解并且除上文闡述的目的外的 目的將變得明顯。這樣的說明參照附圖，其中圖1示出發電機、變壓器和具有電流傳感器的GCB的組件，圖2示出光電子電流傳感器的可能設計，圖3是具有纖維的兩個可能地點的GCB的示意圖，圖4是具有纖維的載體帶的截面圖，圖5是垂直于GCB的電流軸線的截面圖，圖6是沿圖5的線VI-VI的截面圖，圖7是GCB的第二實施例的截面圖，圖8是具有兩個繞組的傳感帶的截面圖，圖9是具有若干嵌入的纖維繞組的傳感帶的截面圖，圖10是垂直于GCB的第二實施例的電流軸線的截面圖，圖11是沿圖10的線XI-XI的截面圖，圖12是通過備選設計的夾具和適配器(adapter)的截面圖，圖13是GCB的第三實施例的截面圖，以及圖14是沿圖13的線XIV-XIV的截面圖。具體實施例方式圖1示出包括產生例如幾千伏的第一 AC電壓Vl的發電機1和將來自發電機1的 電壓Vl轉換成例如幾百千伏的第二電壓V2的變壓器2的組件的基本設置。發電機斷路器 (GCB)3插入發電機1和變壓器2之間的線路中。GCB 3包括用于傳送從發電機1到變壓器 2的非接地電流的導體4和用于中斷該電流的開關5。此外，它配備有用于測量在導體4中 的電流的電流傳感器6。電流傳感器6由繞導體4成環的光學傳感纖維7以及用于通過傳感纖維7中的法 拉第效應來測量導體4中的電流的光電子模塊8形成。電流傳感器如上文提到的，電流傳感器利用纖維7中的磁光效應(法拉第效應)。優選的傳感 器版本是如在圖2中圖示和在參考文獻1-4中描述的干涉型傳感器。光電子模塊8包括光源10，該光在消偏器11中去偏振，隨后通過纖維耦合器12發 送到偏振相位調制器13。偏振相位調制器13將光分裂到兩個路徑中，將它們中的一個發送 通過90°接頭14，并且將它們在保偏纖維耦合器15中再組合。具有正交偏振方向的兩個 所得的線性偏振光波通過保偏(Pm)連接纖維16發送。pm纖維(例如，橢圓芯纖維)的短 部充當四分之一波延遲器17并且將線性偏振波轉換為左和右旋圓偏振波。圓形波通過傳 感纖維7傳播，在它的遠端的反射器18被反射并且然后帶著交換的偏振返回。延遲器17 將圓形波轉換回正交線性波。電流的磁場在左和右旋圓偏振光波之間產生差分相移Δφ。返 回的線性波具有相同的相移Δφ。Δφ與電流成比例。相移Δφ通過如從纖維陀螺儀(參考文獻5，6)已知的技術來檢測。必須注意，盡管本專利技術不限于如在圖2中示出的干涉光纖電流傳感器，但也可用 于其他的、特別地是偏振式傳感器。在偏振式傳感器中磁光效應作為線性偏振光波的旋轉 來檢測。傳感纖維放置具有傳感纖維7的光纖傳感器頭可以安裝在與常規電流互感器相同的GCB內的地 點處，如在圖3中示出的，或它可以直接安裝到GCB3內的電流傳送部件。圖3示出具有采用大致上同心方式圍繞軸向導體4的外殼20的GCB 3的截面圖。 開關5安裝在SF6中斷腔21中并且包括隔離開關22。該類型的裝置對于技術人員是已知 的。具有傳感纖維7的傳感器頭通過旋入提供在外殼20中的孔洞的螺釘而安裝到具 有塑料或金屬制成的足夠固定裝置的GCB的外殼20。一個或多個吸震器(shock absorber) (在圖3中未示出)可以放置在傳感器頭和外殼之間以保護傳感器頭避免例如在GCB的開 關操作期間出現的硬震動。圖3示出分別在GCB3的輸入和輸出端的兩個備選安裝位置23a、23b。將傳感纖維7安裝到處于地電勢的外殼20具有下列優勢-傳感器頭和進而用于該傳感器頭和光電子模塊8之間的連接纖維16的纖維線纜 處于地電勢。因此，不需要耐高壓線纜或絕緣桿。-峰值溫度是相對適中的。-傳感器可以安裝而不干擾GCB組件。-改裝設備是可能的。如可以從圖3看到的，傳感纖維7有利地安裝到外殼20的內側。—般，在外殼20內部安裝傳感纖維7是有利的，因為該設置使測量的信號獨立于 通過外殼20的任何電流。圖5和6示出用于將傳感纖維7安裝到外殼20的內部的可能的實施例。如可以 看到的，向內突出的凸緣M通過聯接器(coupling) 2 安裝到外殼20 (不是必須圓形的， 它還可以具有矩形)并且承載支撐體25和蓋子沈以形成環形通道27。支撐體25是圓柱 形的并且平行于外殼20延伸。在通道27中，泡沫帶觀安裝到支撐體25并且進而承載傳 感帶四。如下文描述的，傳感纖維7設置在傳感帶四中。聯接器2 可以設計成例如通過允許凸緣M進行微小的軸向運動而使得它具有 震動吸收性質。聯接器2 和/或泡沫帶觀形成上文提到的吸震器。支撐體25和/或蓋子沈可以是凸緣M的一體式部件或通過膠粘、上螺釘等與其 附連的單獨部件。如可以在圖6中特別看到的，至少一個夾具31提供成用于使傳感帶四保持在適 當位置，并且特別地用于固定傳感帶的起始和末端的位置。此外，適配器32安裝在外殼20 內部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種設置在發電機（１）和變壓器（２）之間的發電機斷路器（３），其包括：用于傳送來自所述發電機（１）的電流的導體（４），用于中斷所述電流的開關（５），以及用于測量在所述導電部件中的電流的至少一個電流傳感器（６），其特征在于，所述電流傳感器（６）包括繞所述導體（４）成環的光學傳感纖維（７）和用于通過所述傳感纖維（７）中的法拉第效應測量所述電流的光電子模塊（８）。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種設置在發電機⑴和變壓器⑵之間的發電機斷路器(3)，其包括用于傳送來自所述發電機(1)的電流的導體G)，用于中斷所述電流的開關(5)，以及用于測量在所述導電部件中的電流的至少一個電流傳感器(6)，其特征在于，所述電流傳感器(6)包括繞所述導體(4)成環的光學傳感纖維(7)和用 于通過所述傳感纖維(7)中的法拉第效應測量所述電流的光電子模塊(8)。2.如權利要求1所述的發電機斷路器(3)，進一步包括外殼(20)，其中所述傳感纖維 (7)安裝到所述外殼(20)。3.如權利要求2所述的發電機斷路器(3)，其中所述傳感纖維(7)安裝到所述外殼 (20)的內側。4.如權利要求1或2任一項所述的發電機斷路器(3)，其中所述傳感纖維(7)安裝到 所述導體的外側。5.如權利要求1所述的發電機斷路器(3)，進一步包括外殼(20)，其中所述傳感纖維 (7)安裝在所述外殼00)內部。6.如權利要求5所述的發電機斷路器(3)，包括從所述外殼00)向內延伸的至少一個 凸緣(M)，其中所述傳感纖維(7)安裝到所述凸緣04)。7.如權利要求1至6中任一項所述的發電機斷路器(3)，包括從所述導體向外延 伸的至少一個凸緣0 , 24b)，其中所述傳感纖維(7)安裝到所述凸緣(2 ，24b)。8.如權利要求1至7中任一項所述的發電機斷路器(3)，包括安裝到所述發電機斷路 器(3)的環形支撐體0 和在所述支撐體0 和所述傳感纖維(7)之間安裝到所述支撐 體(24)的泡沫帶(28)。9.如權利要求1至7中任一項所述的發電機斷路器(3)，包括安裝到所述發電機斷路 器(3)的環形支撐體0 和保持所述傳感纖維(7)在離所述支撐體0 —定距離處的多 個相隔開的支撐構件(37)。10.如權利要求9所述的發電機斷路器(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·霍赫萊納特，T·洛雷克，A·策克尼尼，K·博納特，A·弗蘭克，
申請(專利權)人：ABB研究有限公司，
類型：發明
國別省市：CH