長飛特種光纖系列之三-光纖電流互感器用旋轉(zhuǎn)光纖

  ICCSZ訊 隨著“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(zhàn)略地穩(wěn)步推進,推動了構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的進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。基于Faraday磁光效應的光纖電流互感器因具有測量準確度高，頻帶寬，動態(tài)范圍大，絕緣簡單，安裝靈活等優(yōu)勢，在大電流測量領域具有十分廣闊的應用前景。同時，由于現(xiàn)場應用環(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。對于電解冶金領域超大電流的測量，電流互感器還應滿足柔性安裝，測量精度對環(huán)路形狀、母線偏心、雜散磁場干擾敏感度低等要求?；谝陨媳尘?，長飛光纖光纜股份有限公司(以下簡稱長飛公司)推出了光纖電流互感器用特種光纖——旋轉(zhuǎn)光纖。作為光纖電流互感器的核心部件，旋轉(zhuǎn)光纖保證了光纖電流互感器的實際應用需求。

  旋轉(zhuǎn)光纖是一種特殊保偏光纖，通過光纖的軸線旋轉(zhuǎn)引入圓雙折射，和光纖本身的高線性雙折射共同形成橢圓雙折射。該類光纖在旋轉(zhuǎn)周期足夠小的情況下，具備很好的圓偏振保持能力。同時，由于光纖存在很高的內(nèi)應力，因此保留了保偏光纖很好的抗外部干擾和內(nèi)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，保證互感器滿足實際應用需求，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(zhuǎn)光纖保圓機理

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

  采用離散的概念，旋轉(zhuǎn)光纖可以看作是一段長為四分之一旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)了π/2。這樣，這兩段光纖的模式延時可以完全抵消，如圖1所示。

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

  2、旋轉(zhuǎn)光纖制備

  旋轉(zhuǎn)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旋轉(zhuǎn)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。后一種方法類似普通保偏光纖的生產(chǎn)，通過預制棒直接拉絲、涂覆。既保證了光纖強度，也具備足夠段長的生產(chǎn)能力。

  預制棒的超高速旋轉(zhuǎn)和光纖的超低速拉絲，對預制棒、旋轉(zhuǎn)拉絲塔及工藝控制而言，都極具挑戰(zhàn)性。目前國內(nèi)市場上銷售的旋轉(zhuǎn)光纖主要被國外供應商壟斷。國內(nèi)試點掛網(wǎng)的光纖型電流互感器產(chǎn)品絕大多數(shù)使用進口旋轉(zhuǎn)光纖。但進口旋轉(zhuǎn)光纖存在單價高，光纖段長受限，供貨批次和交期不受控等問題。

  長飛公司，作為專業(yè)的光纖光纜設計及制造廠商，一直以來都密切關注和持續(xù)跟進電流互感器技術(shù)的發(fā)展，依托中國計量科學研究院牽頭的重大科學儀器專項《寬帶大電流測量儀開發(fā)與應用》，在常規(guī)光纖成熟的技術(shù)平臺上經(jīng)過多年積累，延續(xù)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(zhuǎn)拉絲塔的動態(tài)垂直精度和穩(wěn)定性;c)超低速拉絲的自動控制等工藝難題，形成了一整套具備長飛特色的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)光纖SH1016-A具備5mm旋轉(zhuǎn)節(jié)距，段長≥500m，篩選張力可達100kpsi。相關產(chǎn)品得到行業(yè)權(quán)威應用單位的認可，性能達到國內(nèi)外領先水平。而長飛光纖光纜制備技術(shù)國家重點實驗室與中國電力科學院武漢分院的交流與合作，將為該特種光纖更好地服務于電力行業(yè)提供更加廣闊的研究平臺。