長(cháng)飛特種光纖系列之三-光纖電流互感器用旋轉光纖

  ICCSZ訊 隨著(zhù)“十三五”期間國家對建設智能電網(wǎng)的大力推廣，以及一帶一路發(fā)展戰略地穩步推進(jìn),推動(dòng)了構建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程以及低能耗冶金等行業(yè)的迅速發(fā)展。這些行業(yè)的飛速發(fā)展，對特高壓、大電流的準確測量提出了日益迫切的需求?；贔araday磁光效應的光纖電流互感器因具有測量準確度高，頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，絕緣簡(jiǎn)單，安裝靈活等優(yōu)勢，在大電流測量領(lǐng)域具有十分廣闊的應用前景。同時(shí)，由于現場(chǎng)應用環(huán)境的復雜性，除了需具有足夠高的測量準確度外，光纖電流互感器還應具備優(yōu)良的溫度性能和抗振能力。對于電解冶金領(lǐng)域超大電流的測量，電流互感器還應滿(mǎn)足柔性安裝，測量精度對環(huán)路形狀、母線(xiàn)偏心、雜散磁場(chǎng)干擾敏感度低等要求?；谝陨媳尘?，長(cháng)飛光纖光纜股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)長(cháng)飛公司)推出了光纖電流互感器用特種光纖——旋轉光纖。作為光纖電流互感器的核心部件，旋轉光纖保證了光纖電流互感器的實(shí)際應用需求。

  旋轉光纖是一種特殊保偏光纖，通過(guò)光纖的軸線(xiàn)旋轉引入圓雙折射，和光纖本身的高線(xiàn)性雙折射共同形成橢圓雙折射。該類(lèi)光纖在旋轉周期足夠小的情況下，具備很好的圓偏振保持能力。同時(shí)，由于光纖存在很高的內應力，因此保留了保偏光纖很好的抗外部干擾和內部缺陷的能力，可以從本質(zhì)上提升光纖電流互感器的環(huán)境適應性，保證互感器滿(mǎn)足實(shí)際應用需求，適用于全光纖電流互感器的應用，是目前最具前景的研究方向。

  1、旋轉光纖保圓機理

  光纖的基模有兩個(gè)偏振態(tài)，設它們的傳播常數(即波數，β=2π?neff/λ)分別為β1和β2，圓偏振保持要求β1≈β2。雙折射光纖中兩個(gè)偏振態(tài)的傳播常數之差Δβ(即β1-β2)較大(即傳播速度相差較大)，隨著(zhù)傳播距離的增加，模式之間的延時(shí)差(對應相位差)線(xiàn)性增加。

  采用離散的概念，旋轉光纖可以看作是一段長(cháng)為四分之一旋轉周期的未處理的雙折射光纖切片連接另一段同樣的光纖，但主軸方向旋轉了π/2。這樣，這兩段光纖的模式延時(shí)可以完全抵消，如圖1所示。

  這樣的旋轉光纖，局部是線(xiàn)偏振保持光纖，而整體是圓偏振保持光纖。旋轉周期越短，切片的長(cháng)度就越短，局部的最大相位差越小，就越接近理想的圓偏振光。

  2、旋轉光纖制備

  旋轉光纖的制備方法通常分兩種：一是保偏光纖后處理，一是保偏應力棒在線(xiàn)旋轉拉絲。前一種方法雖然靈活，但由于涉及光纖涂覆層的剝除和再涂覆，難以保證光纖的機械可靠性。后一種方法類(lèi)似普通保偏光纖的生產(chǎn)，通過(guò)預制棒直接拉絲、涂覆。既保證了光纖強度，也具備足夠段長(cháng)的生產(chǎn)能力。

  預制棒的超高速旋轉和光纖的超低速拉絲，對預制棒、旋轉拉絲塔及工藝控制而言，都極具挑戰性。目前國內市場(chǎng)上銷(xiāo)售的旋轉光纖主要被國外供應商壟斷。國內試點(diǎn)掛網(wǎng)的光纖型電流互感器產(chǎn)品絕大多數使用進(jìn)口旋轉光纖。但進(jìn)口旋轉光纖存在單價(jià)高，光纖段長(cháng)受限，供貨批次和交期不受控等問(wèn)題。

  長(cháng)飛公司，作為專(zhuān)業(yè)的光纖光纜設計及制造廠(chǎng)商，一直以來(lái)都密切關(guān)注和持續跟進(jìn)電流互感器技術(shù)的發(fā)展，依托中國計量科學(xué)研究院牽頭的重大科學(xué)儀器專(zhuān)項《寬帶大電流測量?jì)x開(kāi)發(fā)與應用》，在常規光纖成熟的技術(shù)平臺上經(jīng)過(guò)多年積累，延續熊貓型保偏光纖生產(chǎn)工藝，依次攻克了a)高準直度(幾何、重心)的應力預制棒;b)高速旋轉拉絲塔的動(dòng)態(tài)垂直精度和穩定性;c)超低速拉絲的自動(dòng)控制等工藝難題，形成了一整套具備長(cháng)飛特色的旋轉光纖制備、測試平臺。在此基礎上推出的第一款高雙折射旋轉光纖SH1016-A具備5mm旋轉節距，段長(cháng)≥500m，篩選張力可達100kpsi。相關(guān)產(chǎn)品得到行業(yè)權威應用單位的認可，性能達到國內外領(lǐng)先水平。而長(cháng)飛光纖光纜制備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室與中國電力科學(xué)院武漢分院的交流與合作，將為該特種光纖更好地服務(wù)于電力行業(yè)提供更加廣闊的研究平臺。