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原文传递舰船用光纤大电流现场校准技术研究

论文题名：	舰船用光纤大电流现场校准技术研究
关键词：	舰船综合电力系统;光纤电流互感器;现场校准;不确定度分析
摘要：	舰船综合电力系统（IntegratedPowerSystem，IPS）以电能动能相统一的方式实现了舰船动力推进与舰上设备供电的精确高效控制，是未来海军舰船发展的方向。而光纤电流互感器（Fiber-OpticCurrentTransformer，FOCT）具有体积小、绝缘性好、量程大和高暂态响应等优点，不仅可以及时感知和定位发生故障的电网线段，为继电保护装置的保护动作提供有效的判断信息，最大限度减小故障损失，保护IPS电力系统安全稳定，还因为其可直接输出电流数字量信号，满足IPS智能化设计需求，是IPS的最佳选择。但是由于舰船环境复杂多变，FOCT容易出现一系列严重影响继电保护装置正常工作的问题。因此，为完成FOCT的现场不停电校准功能进行深入研究，设计并制作光纤电流校准装置，分析其校准不确定度以验证其可行性。　　本论文在详细总结了电流互感器校准方法的国内外研究现状的基础上，重点对电流互感器现场校准方法的研究现状进行梳理。基于FOCT校准需求设计并搭建了光纤电流校准装置，针对影响校准不确定度的两个环节进行了理论以及实验的分析，最后搭建模拟校准测试平台验证了光纤电流校准装置的功能。　　首先对舰船IPS现场校准所需要完成的功能进行了详细分析，接着根据各功能的实现原理，建立了光纤电流校准结构框图。并根据舰船IPS中配备的互感器的输出特性完成了可以同时接收被校准互感器和标准互感器数据的校验仪硬件设计。最后分析了现场校准的不确定度主要来源于标准互感器的精度和现场校准环境的误差影响。　　为检测标准互感器的精度，本课题利用等安匝法等效大电流原理用实验室的高精度100A电流基准实现了最高可达20000A的高精度模拟大电流。对标准互感器根据相关标准与规程设置了5个电流值点进行准确度实验。最终得出标准互感器的测量不确定度为2.4×10-4。　　根据舰船IPS用光纤电流互感器现场校准的特殊性，进行不确定度分析。先是根据标准互感器的结构分析了现场校准中可能会产生的误差；引入欠阻尼受迫振动模型着重分析了如振动等机械应力对标准互感器的误差影响，并建立了振动误差数学模型，通过实验图像与仿真图像的比对验证了误差模型的正确性；结合量值溯源实验中传感光纤环尺寸分析了传感光路不闭合而产生的不均匀磁场与载流导体偏心共同影响而产生的误差影响；最后结合标准互感器的测量不确定度及环境引入的不确定度得到本课题所提出的校准方案的扩展不确定度为1.4×10-3，满足对舰船IPS中配备的0.5级电流互感器的校准需求。　　为验证光纤电流校准装置的实际校准效果，在实验室搭建模拟校准测试平台，使用本课题所制作的校准装置在工作电流条件下对舰船IPS用FOCT样机进行校准。实验测试结果表明，本课题所设计的光纤电流校准方案能够满足对0.5级光纤电流互感器的校准要求。在校准时还发现标准互感器与被校准互感器之间的内部延时时差较大，在测量电流含有交流分量时会影响校准精度，为此本课题还设计了互相关算法来计算内部延时时差，通过实验结果运算得出内部延时时差为12.475毫秒，验证了该算法功能，使该问题不会影响到舰船IPS电流校准的不确定度。
作者：	何雪铭
专业：	仪器仪表工程
导师：	高伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021