國內光CT的開拓者陳碩:光CT乃至光纖傳感任重道遠

11/23/2020，光纖在線訊，距離深圳坪山光纖傳感大會已經告一段落了，現在武漢光博會也圓滿落幕了，在這次展會中也偶遇很多做光纖傳感的老師們，之前也有幸採訪了國家電網的陳碩老師。陳老師2004年畢業於清華大學電子工程系光電子技術專業，是國內最早開展光纖電流互感器的研究者之一。2007年進入國家電網公司工作至今，負責光纖電流互感器產品的研發，主持研製的光纖電流互感器產品覆蓋35KV、110KV、220KV、500KV等多個電壓等級，成功應用於智能變電站工程、UPFC工程、柔性變電站工程等，制定《光纖電流互感器技術規範》電力行業標準。

他是光纖電流互感器領域的專家，在國內率先開展光纖電流互感器研究。

隨著現代工業的高速發展，對電網的輸送和檢測提出了更高要求，傳統的高壓大電流的測量手段面臨挑戰，與此同時，光纖技術和材料科學也不斷變革，光學電流互感器（OCT）應運而生。

首先，陳老師給我簡單科普了光CT的原理。光學的原理是基於法拉第磁旋光效應，如果簡單來說就是偏振態在磁場中有一個旋轉，但是從本質上來說是左圓光和右圓光由磁場造成的光速差，然後我們再利用幹涉儀把電流周圍磁場造成的這個光速差測出來，從而推算出電流大小，這就是其基本原理。

陳碩老師他們的方案是用寬譜光源，解調方面充分運用已經十分成熟的光纖陀螺技術，真正實現測相位差或光速差，而不是測光強。同時利用閉環跟蹤的檢測原理降低了誤差或非線性，完全克服了以前電磁式互感器由於磁飽和帶來的非線性問題。所以，從它的測量準確性來說，OCT在電力系統應用裡尤其是超、特高壓情況下，毫無疑問是非常好的解決方案，也是它最大的特色優勢。除了測量精準外，OCT還具有易安裝，容易小型化、抗電磁幹擾能力強和絕緣性能好、可輸出數位訊號、沒有潛在的爆炸危險等一系列優越性。

至於應用方面，陳碩老師說當初大量推廣主要是在智能變電站上的應用，實際上就是為了數位化。所以國家電網在智能變電站或數字變電站投入了大量精力，但最後從效果看出現的問題比較多，所以目前不再推廣。究其原因，陳碩老師認為是其步子走得太快，因為採用全新的OCT測量系統，涉及的新技術很多，專用的器件沒有，運行經驗沒有，設計的可靠性也沒有保證，難免會產生各種各樣的問題。但是它的優勢也是毋庸置疑的，是被整個電力系統認可的。在直流領域，尤其是在特高壓的大直流和柔性直流的工程裡光CT幾乎是首選方案，性價比最高。總體來說，雖然存在問題，但它有自身的應用領域。

另外，陳碩老師在深圳光纖傳感大會上作了《500KV變電站加裝光CT消除保護死區》主題演講，這次的亮點不是應用在直流領域，而是分享在500KV變電站有一些保護死區，如何通過加裝OCT消除保護死區的示範案例，從而保障電網安全穩定運行。

問及OCT技術目前的發展進程和路徑難點，陳老師介紹其直流領域還在用，他認為最重要的難點是可靠性和準確性。最需要保障的是光CT的可靠性，因為首先光CT是電力系統裡的核心裝備，是電力系統安全的第一道屏障，一旦發生設備或運行故障，就需要保護裝置及時切斷故障，把故障隔離開，如果故障沒有隔離，事故擴大，最嚴重的就會引起整個電網停電；其次，電力設備需要每天24小時不斷電連續運行；另外，電力系統變電站電磁環境複雜程度也遠遠高於一般環境，一旦發生故障，電磁幹擾非常強，會從某些途徑耦合到產品中，可能對某些器件或電路產生顯性或隱性影響。光CT還面臨著實際測量準確性需要提高的難點，雖然前面提到其線性度很好，大部分情況下我們的產品準確度已經足夠，但是要想完全替代傳統的電磁CT還達不到，這需要一個長期的過程。所以這些都是它的特殊問題，也是其難點。那麼要想把光CT做好，未來光CT該怎麼發展，我們第一要解決的就是安全可靠的問題，而這需要綜合治理，需要從光學器件、電子器件、控制算法、光路結構設計、各種保護措施全方位綜合治理，才可能達到電力系統中理想的狀態。

當提及部分學者和公司都在做光CT以及問及國內外發展情況，有沒有成熟的產品時，陳老師非常冷靜且客觀的答道光CT絕對是中國做的最好！他給出三點理由。

其一，從使用層面看，中國的電力系統是世界上最先進的，微機保護已經很成熟了，而國外電力系統還在沿用60年代的繼電器保護系統。其二，因為中國地域很廣闊，東西部的能源結構、經濟消費結構決定了其西電東送格局。其三，中國是一個統一的政府，統一市場，比美國好幾家電力公司強多了。所以，中國的地域優勢、經濟結構、政治優勢最後促成中國的電力系統是世界上最先進的，最先進的技術一定是在中國產生的。在直流領域，國外也有不同的方案我們稱之為實驗室方案，他們採用壓電陶瓷只能做開環檢測，做不了閉環檢測，其產品也從未通過武高所檢測，所以無論從技術指標、性能指標都比不上中國的光CT。陳老師沒有對國內個別公司的產品發表評論，但他說總體來看目前還沒有哪個產品能夠完全被市場認可。其實不只是光CT，包括光纖傳感器在各種領域應用也有很多案例，但是真正有哪個產品起到作用還很少，完全被市場認可的微乎其微，我們只能說任重道遠。

很多人都說未來三到五年，光纖傳感行業會大火。但是，陳老師卻有自己不一樣的看法。「最近光傳感風頭很火，國家電網也投入很多，俗話說站在風口上豬也會飛，但我個人認為不是很樂觀。無論從目前科研機制還是用戶使用機制來看，經過幾輪的風波，我們還有很長的路要走。我們更多的是需要去沉澱，有一個穩定的團隊和機制，踏踏實實做事情，認認真真做研究。」陳老師誠懇地說道。

就像他說的，我們總說成果轉化最後是一公裡，但是我們把產品從原理、做完樣品、檢測實驗到掛網運行只是剛走完一公裡，還剩99公裡沒走，後面的路才是極其艱難的。的確，路漫漫其修遠兮，任重而道遠，吾輩需砥礪前行，上下求索。