PDF《一种改善光学电压互感器电光晶体内电场分布的方法》

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a e p s G i n f o . c o m 一种改善光学电压互感器电光晶体内电场分布的方法 谢榕芳1 ,徐启峰1 ,谢楠1 ,李超2 ( 1. 福州大学电气工程与自动化学院,福建省福州市

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2. 国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福建省福州市

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0 7 ) 摘要:基于线性电光效应的光学电压互感器( OVT) 多采用横向调制方式, 其晶体内电场分布的均 匀性直接影响测量的准确度和稳定性.仿真结果表明, 由于晶体内电场分布不均匀, 当入射光的角 度和位置发生微小偏移时, 积分电压误差不容忽视.为了解决这一问题, 提出了一种在电光晶体上 附加介质的方法, 采用 A n s o f tM a x w e l l有限元软件对附加介质的 B GO 晶体内电场进行了仿真计 算, 结果表明该方法可以有效地改善电场分布, 且随附加介质厚度的增加, 电场分布的均匀性不断 提高并趋于稳定.电光晶体附加介质后, 入射光束发生0.

5 ° 小角度偏移时引起的误差由0.

1 1%下 降到0.

0 4%, 位置偏移0. 1mm 时引起的误差由0. 3%下降到0.

0 8%.文中通过实验验证了方法的 有效性, 明显地改善了晶体内电场的均匀性. 关键词:光学电压互感器;

电光晶体;

电场分布;

光路偏移;

测量误差 收稿日期:

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0 4 G

2 7;

修回日期:

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0 8. 上网日期:

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2 2. 国家自然科学基金资助项目(

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1 6 ) .

0 引言 随着光电技术的发展及电网运行电压等级的提 高, 对新型光学电压互感器( OVT) 的研究越来越受 到重视.现有 OVT 中多数采用横向调制方式, 可 以通过改变晶体的几何尺寸调节半波电压, 无需透 明电极, 光学系统置于地电极上, 结构简单、 易于实 现[

1 G

1 0] .但是 OVT 的实用化仍然存在许多问题, 其 中最突出的问题是其测量准确度与稳定性不高.目 前已有多种改善这一问题的方法, 如选择合适的电 光晶体, 采用双晶体消除晶体自身的双折射, 采用双 光路检测技术, 选用 D S P为核心的数字电路等[

1 1 ] . 本文针对横向调制 OVT 中晶体内电场分布均 匀性对 测量的准确性和稳定性影响较大这一问题[

1 2 ] , 提出在电光晶体上附加介质的方法, 可以改 善晶体内电场分布并减小测量误差.最后, 通过实 验验证了方法的有效性.

1 基于 P o c k e l s效应的 O V T基本原理 基于 P o c k e l s效应的OVT 结构简单, 灵敏度高.P o c k e l s效应是指晶体在外加电场作用下, 其折 射率和通过晶体的光偏振态发生变化[

1 G 6] , 沿某一方 向射入晶体的偏振光产生电光相位延迟.以横向调 制为例, 如附录 A 图A1所示, 产生的电光相位延迟 量φ 为: φ=

2 π λ n3

0 γ4

1 U = π U Uπ (

1 ) Uπ = λ

2 n3

0 γ4

1 d l (

2 ) 式中: λ 为光源的中心波长;

γ4 1为晶体电光系数;

n0 为晶体初始折射率;

d 为施加电压方向上晶体的厚 度;

l 为晶体通光路径的长度;

Uπ 为晶体的半波电 压;

U 为待测电压, 即通光路径上的积分电压. 由于电光相位延迟量无法直接通过测量得到, 通常对电光相位延迟进行光强调制, 通过测量光强 大小间接得到待测电压, 当射入晶体的初始光强为 I 0, 且π U/ Uπ 远小于1时, 出射光强I 与待测电压 U 之间存在线性关系, 有I=