光學(xué)電壓傳感器分壓結(jié)構(gòu)的缺陷及改進(jìn)方法

黃奕釩, 徐啟峰, 陳 昊, 許志坤

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院, 福建省福州市 350116)

0 引言

光學(xué)電壓傳感器(optical voltage sensor,OVS)的測(cè)量原理多基于Pockels效應(yīng)，即在外加電場(chǎng)的作用下，線偏振光在電光晶體內(nèi)傳播一定距離后產(chǎn)生相位延遲[1-4]。通常認(rèn)為現(xiàn)有的技術(shù)還不能直接測(cè)量相位延遲，因此借助于偏光干涉檢測(cè)模式，將相位延遲轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)變化，通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)的大小間接測(cè)量電壓[4-6]。這一方法存在以下問(wèn)題。①僅能近似線性地測(cè)量有限的電光相位延遲。以O(shè)VS必須具備的0.2級(jí)準(zhǔn)確度為例，理論上可測(cè)量的相位延遲小于6.28°[1,6]，工程應(yīng)用中需要留出一定的裕度，因此一般將相位延遲控制在3°以內(nèi)。②晶體半波電壓對(duì)互感器測(cè)量范圍與測(cè)量靈敏度的限制。在相同的電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，半波電壓越大，越有利于擴(kuò)大測(cè)量范圍；半波電壓越小，越有利于提高測(cè)量靈敏度[1]。因此，晶體的半波電壓限制使測(cè)量范圍與測(cè)量靈敏度難以兼顧。

目前工程上有兩個(gè)解決半波電壓限制的方法。一個(gè)是通過(guò)電容分壓，并采用鍺酸鉍(BGO)晶體作為敏感元件[7]。但是，這一方法帶來(lái)電容老化、分壓比漂移等問(wèn)題，同時(shí)削弱了OVS光隔離的優(yōu)勢(shì)[8-9]。第二個(gè)方法是應(yīng)用多片晶體疊層結(jié)構(gòu)，例如：采用8片晶體的疊層結(jié)構(gòu)可以將整體半波電壓提高到6.87 MV[10]。但是，這一方法僅能滿足1 000 kV電壓等級(jí)的分壓要求，其工程實(shí)用性受到很大限制。同時(shí)，震動(dòng)與熱脹冷縮等因素不可避免地使光路和光學(xué)器件的相互位置產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致測(cè)量誤差[2,11-12]。……