由智能配電網的發展現狀及存在問題，引出了光纖電流互感器的研制背景，簡要介紹了其設計原理、產品特性及功能實現，并結合典型工程應用進行了實例分析。

　　智能配電網發展的現狀及存在問題

　　國家電網公司從20 世紀90 年代初就開展了配電網自動化系統的試點工作，先后進行了一系列大量的科技試點和運行實踐活動。隨著智能電網技術的發展，技術、產品不斷革新。與一次側電網相比，智能配電網發展相對不快，主要原因如下：

　　(1)配電網涉及范圍廣、投資大。配電網所測控的對象包括開閉站、環網柜、分段開關、聯絡開關等，需要進行監測的設備眾多，但由于經濟等方面的限制，實際的測量設備安裝數量遠遠無法滿足需要。而且，由于設備性能、安裝環境等方面的原因，配網量測終端采集的數據受外界干擾較大，數據可用性不高。

　　(2)已建配電網的配電網自動化終端安裝、電動操動機構改造等實施難度大。

　　(3)在試點過程中存在不少誤區。如存在認識偏差，過分追求狹義的故障處理功能(DA)，沒有建立整體全局觀，導致配電網自動化系統綜合效益無從顯現。

　　(4)中心主站系統沒能很好地融合到綜合信息系統，沒能很好地服務于配電網的規劃、運行、維護;缺乏對整個配電調度管理系統的統籌考慮，大大限制了配電自動化系統的易用性和實用性。在過去近20 年的配電網自動化改造當中，真正整體實現了配電網自動化的區域非常少見，這與智能電網所要達到的目標，出現了非常大的差距。

　　國家電網公司提出了智能配電網步步推進的技術路線圖。配電網自動化作為智能電網發展的關鍵技術也備受重視。

　　在新一輪以智能電網為核心的配電網自動化系統建設過程中，給出新建項目技術方案的同時，應充分考慮到已建項目正處于運行之中的特點，必須考慮到因實施配電網自動化改造而帶來的對運行可靠性的影響，及前述配電網自動化已存在的缺陷。配電網自動化所需要的數據基礎主要是電流和電壓，其他數據基本上都可以通過電流和電壓數據計算來獲取，為此希望在智能電網范疇內的配電網自動化改造過程中，能夠結合目前存在的缺陷，找到一個盡量降低缺陷影響的新辦法和新思路。

　　2004 年IEC 60044-8 《互感器 電子式電流互感器》技術標準頒布以來，有的新建變電站采用了光纖電流互感器技術，光纖傳感技術已融入到智能變電站中。但是同時也必須認識到，在高電壓等級所采用的光纖電流互感器技術，在穩定性、抗干擾性能等多個方面，還存在很多問題。目前尚不能做為成熟產品來應用。

　　國內10kV 網架的配電終端所采集的數據，都是基于傳統電磁原理的互感器，主網的先進技術遲遲不能應用到配電網領域。在配電網自動化改造過程中，對已存在的一次系統加裝電流互感器，也成為一項比較耗時費力的工作。為了破解這個困擾業界的難題，將新型傳感技術運用到配電網自動化的電流互感器當中，替代傳統電流互感器就變得非常必要和迫切。

　　光纖電流互感器的提出及研制

　　光纖技術測量電流始于20 世紀60 年代，1963 年美國就已經在230kV 變電站中掛網運行。1979 年英國掛網運行了全光纖互感器，1993 年我國在廣東電網運行了華中科技大學研制的光纖電流互感器;進入2000 年后，許繼集團聯合華北電力大學，南瑞集團聯合航天科技，ABB、西安創維等都在國內電網上試運行了光纖電流互感器;近幾年上海嘉定變電站等投運了光傳感電流互感器。

　　以上的技術和產品主要集中在高電壓等級的主網，在中壓領域開展光纖傳感技術研究，國內尚未有實際應用產品。

　　而在國外，擁有150 萬客戶的丹麥最大電力公司 DONG Energy 在2002 年提出需求：“希望能有產品在不停電、不破壞現有運行設備的條件下，具有檢測中壓電纜線路故障和電流的精確測量功能。”經廣泛調查后發現市場上沒有符合條件的標準定型產品，為此，DONG Energy 發起并聯合丹麥大學光學實驗室及相關機構，組織了公司專攻技術與工程應用。2004 年，光纖電流互感器在DONG Energy 實現了現場運行，配電終端以光纖互感器為基礎，具有“技術先進、功能實用、安裝便捷、適應智能電網需求、可靠性高”等特點，目前在全世界20 多個國家的配電網領域得到實際運行應用。

　　經過了工程實踐和不斷完善，以光纖電流互感器為主體組成的配電網自動化系統，已成為一個專業的、相對成熟的技術產品體系。

　　光纖傳感配電終端通過光纖電流互感器來采集運行時的電流量，配合FTU/DTU所采集的電壓量，可以將有功功率、無功功率、頻率等信息進行精確計算，以及判斷短路故障電流、接地故障和故障距離等，采集精度高，計算量準確;還有多路信號采集回路及控制輸出回路;通過通信模塊，以網絡RJ 45、無線GPRS 及串行RS 485/232為物理接口， 以IEC 60870-5-101/104 和CDT 協議和配電網自動化系統主站實現雙向數據交互。也可以通過IEC 61850 協議，實現光纖電流互感器獨立發布數據。

　　光纖電流互感器的設計原理及實現基本原理

　　當一束線偏振光在介質中傳播時，若在平行于光的傳播方向上加一強磁場，則光振動方向將發生偏轉，偏轉角度β 與磁感應強度B 和光穿越介質的長度d 的乘積成正比，即β=VBd ，比例系數V 稱為費爾德常數，與介質性質及光波頻率有關。偏轉方向取決于介質性質和磁場方向。上述現象稱為法拉第磁光效應。

　　光纖電流互感器基本結構

　　LED 發出的光源，經過光學準直鏡頭以后，形成平行光進入起偏器，經過起偏器以后轉變為線偏振光，當線偏振光經過安裝在導線上的磁光晶體時，導線中的電流產生的磁場將使光的偏振方向發生偏轉，偏轉后的偏振光通過檢偏器，檢測出偏振面旋轉的角度。

　　經過檢偏器以后的變化了光強的光，經過第二光纖后由光處理模塊上的光電探測器接收，并把它轉換成電信號，然后經過相關電路檢出其光強變化，再經過信號處理、信息提取等智能過程，從而實現對導體內電流強度的檢測。圖1 為光纖電流互感器的結構示意圖。

　　圖1 光纖電流互感器基本結構示意圖

　　光纖電流互感器的實現方法

　　光電檢測原理主要通過以下幾部分實現：光學器件：包括光傳感頭、絕緣件、夾具、定制光纖等;

　　光電處理模塊：包括發光器件、光接收器件、光電轉換、計算及分析判斷。圖2 為光電檢測原理框圖。

　　光纖電流互感器的特點如下：

　　(1)量程寬、精度高、頻帶寬、響應快，可同時滿足測量和保護需要。

　　(2)安裝維護便利，不損壞、不切割已有設備。

　　(3)全絕緣、耐高溫，無二次開路危險。

　　(4)短路故障測距，提高供電系統可靠性。

　　(5)節能環保，促進可持續發展。

　　圖2 光電檢測原理框圖