双采样光学电流互感器的可靠性与适用性分析

于文斌，肖智宏，刘颖，尹东，高旭，申洪明，张效

(1. 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2. 国网经济技术研究院有限公司，北京 102209；3. 国网冀北电力有限公司，北京 100053；4. 国网北京市电力公司，北京 100031)

与传统电流互感器相比，电子式电流互感器具有体积小、重量轻、绝缘结构简单、频带宽和动态范围大等优点，并且易与开关设备集成设计和安装，有助于推动电力设备向小型化、集成化和智能化方向发展[1-3]。在过去很长一段时间里，基于Faraday磁光效应的光学电流互感器(optical current transformer，OCT)一直是电子式电流互感器的研究热点[4-8]。OCT主要包括全光纤OCT(fiber-optic current transformer，FOCT)和磁光玻璃OCT(magnet-optic current transformer，MOCT)。目前，对于OCT的原理和关键技术的研究已经比较成熟，已有相当规模的OCT产品在智能电网中得到应用。但是由于产品工艺和质量等原因，在实际现场使用过程中仍然存在一些问题，特别是可靠性和适用性问题，使得OCT一直不能大规模推广应用到工程实践中[9-10]。

在OCT的可靠性方面，文献[11]介绍了一些有关OCT可靠性的标准和程序，但并未针对OCT的可靠性进行具体分析研究；文献[12]从光路结构的角度分析了影响MOCT长期运行稳定性和可靠性的因素；文献[13-14]设计了MOCT的可靠性试验内容和程序，并对光学电流传感头的可靠性评估和寿命计算方法进行了研究，获得了光学电流传感头的可靠性试验数据；文献[15]建立了按照功能部件划分的OCT自顶而下的状态参数分解层次模型，并设计了一种采用软件同步时分复用技术的OCT运行状态在线监测系统；文献[16]基于故障模式与影响分析法构建了FOCT的故障树和故障特征空间，并建立了故障诊断专家系统；文献[17]设计了FOCT的自诊断功能；文献[18]分析了光学组件常见的失效模式，对FOCT光学组件的寿命及长期运行稳定性进行了加速老化测试。上述研究主要集中在OCT可靠性的定性分析、故障诊断和光学组件的可靠性数据获取等方面，但对于OCT的系统可靠性几乎没有涉及。

互感器作为智能变电站中一次系统的传感元件，是继电保护信息采集的源头。由于继电保护的特殊性，其可靠性不容忽视，继电保护装置是电力系统的重要组成部分，对于保证系统安全运行起着非常重要的作用。在电力系统无故障时，继电保护的误动作是应该杜绝的。Q/GDW 441—2010《智能变电站继电保护技术规范》规定“智能变电站中电子式互感器的二次转换器(A/D采样回路)损坏，不应引起保护误动作跳闸”为保证继电保护的可靠性，该规范对电子式互感器提出了双重化配置要求：电子式互感器内由2路独立的采样系统进行采集，每路采样系统应采用双A/D系统接入合并单元(merging unit，MU)，每个MU输出2路数字采样值由同一路通道进入同一套保护装置，保护装置根据电子式互感器的双A/D模拟量采样值做相应处理，提高可靠性[19]。OCT显然也必须满足此规范要求。文献[20]针对继电保护双重化配置的工程应用要求，提出了一种采用时分复用技术实现2路相互独立采样系统的方案，解决了FOCT采样系统的双重化要求，但缺少对该方案工程适用性的分析。

本文针对智能变电站继电保护对电子式互感器的双重化采样需求，分析采用独立双采样技术的FOCT和MOCT的系统可靠性和工程适用性。通过建立FOCT和MOCT的可靠性模型，依据中华人民共和国军用标准GJB/Z 299C—2006《电子设备可靠性预计手册》[21]，结合文献给出的部分元器件试验数据，采用元器件计数法和应力分析法，分别对FOCT和MOCT进行可靠性预计，获得OCT的设备可靠性指标和不同双重化配置方案的系统可靠性指标。对采用双套独立和单套双采样2种方案构成的双重化配置方案的系统可靠性指标和经济性指标进行比较分析，评价FOCT和MOCT的工程适用性，以期推动OCT产品的工程推广和应用。

1 双采样方案简介

1.1 FOCT的双采样方案

为保证继电保护装置运行的可靠性，Q/GDW 441—2010要求电子式互感器应具有独立双采样的功能。对于FOCT，规范要求每套FOCT内配置4个保护用传感元件，由4路独立的采样系统进行采集(单A/D系统)，每2路采样系统数据通过各自通道输出至同一MU。此配置方案属于完整的FOCT双重化采样方案，相位调制器、分光器、光源和光电探测器等昂贵的光学部件要准备4套，在设备成本极大增加的同时，还存在配置方案结构复杂、体积大、安装繁琐等问题，导致许多用户难以接受，推广应用难度较大。

为此，文献[20]提出了一种采用单一光路构建独立双采样的双反馈调制数字闭环控制方案，采取双反馈调制器实现双采样的独立A/D采集和D/A反馈，如图1所示。

图1 FOCT的独立双采样设计方案Fig.1 Design scheme of independent double sampling circuits for FOCT

电路部分包括2个A/D转换电路、2个D/A转换电路以及数字信号处理模块。2个A/D转换电路对光电探测器的输出进行独立采样，用现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，FPGA)作为数据处理模块，基于时分复用技术分别对2路独立采样数据进行分时解调处理，生成的2路解调处理信号分别输出至2个D/A转换电路，2个D/A转换电路的输出数据作为相位调制信号，在相位调制器上进行光信号的相位分时调制和闭环反馈，数字信号处理模块分别输出2路互相独立、互不干扰的互感器数据至MU。工程中双重化配置方案如图2所示，以集成的方式使得单套双采样FOCT同时实现了双套独立FOCT产品的功能。

图2 双采样FOCT的双重化配置Fig.2 Schematic diagram of double configuration for FOCT with double sampling circuits

1.2 MOCT的双采样方案

与FOCT不同，MOCT采用开环控制方式，实现单套双采样的方法相对比较容易。图3为MOCT的独立双采样设计方案，主要包括LED光源、光学电流传感器(optical current sensor，OCS)、光电探测器和信号处理电路单元。OCS采用双光路输出方式，分别接入2个光电探测器，信号处理电路单元包括2路相互独立的A/D前置处理电路、2路相互独立的A/D转换电路以及共用的数字信号处理模块。2个A/D转换电路对光电探测器的输出进行独立采样后将2路采样数据同时输出至数字信号处理模块，数字信号处理模块输出2路互相独立、互不干扰的互感器数据至MU。

图3 MOCT的独立双采样设计方案Fig.3 Design scheme of independent double sampling circuits for MOCT

工程中双重化配置方案如图4所示，单套双采样MOCT同时实现了双套独立MOCT产品的功能。

DSP—数字信号处理器，digital signal processor的缩写。图4 双采样MOCT的双重化配置Fig.4 Schematic diagram of double configuration for MOCT with double sampling circuits

2 可靠性分析

2.1 可靠性模型

可靠性评估的基础理论模型较为成熟，可以参照国际通用的经典可靠性分析模型，其基本分析模型主要有串联模型、并联模型和串并联模型。根据OCT的组成结构，建立OCT的可靠性模型。

2.1.1 FOCT的可靠性模型

图5为FOCT的可靠性框图，主要包括高压侧光纤敏感环、传输光纤光缆、低压侧光路单元、低压侧信号处理单元和低压侧电源单元，构成串联模型。

图5 FOCT的可靠性框图Fig.5 Reliability block diagram of FOCT

图6为FOCT高压侧光纤敏感环的可靠性框图，主要包括传感光纤环、反射镜和1/4波片等关键光器件，也构成串联模型。

图6 FOCT高压侧光纤敏感环的可靠性框图Fig.6 Reliability block diagram of fiber optic sensitive ring at high voltage end of FOCT

图7为FOCT低压侧光路单元的可靠性框图，主要包括超辐射发光二极管(superluminescent diode，SLD)光源模块、分光器(也可采用耦合器、环形器等)和偏振器、相位调制器(直波导或Y波导)和光电探测器(PIN-FET)等关键光器件，也构成串联模型。

图7 FOCT低压侧光路单元的可靠性框图Fig.7 Reliability block diagram of optical circuit unit at low voltage end of FOCT

图8为FOCT低压侧信号处理单元的可靠性框图，主要包括A/D1采集模块、A/D2采集模块、数字信号处理模块、D/A1反馈模块和D/A2反馈模块等电子电路，构成并串联复合模型。

图8 FOCT低压侧信号处理单元的可靠性框图Fig.8 Reliability block diagram of signal processing unit at low voltage end of FOCT

2.1.2 MOCT的可靠性模型

图9为MOCT的可靠性框图，主要包括高压侧OCS、传输光纤光缆、低压侧光路单元、低压侧信号处理单元和低压侧电源单元，构成串联模型。

图9 MOCT的可靠性框图Fig.9 Reliability block diagram of MOCT

图 10为MOCT高压侧OCS的可靠性框图，主要包括准直器组、起偏器、磁光玻璃光柱和检偏器等关键光器件，构成串联模型。

图10 MOCT高压侧OCS的可靠性框图Fig.10 Reliability block diagram of OCS at high voltage end of MOCT

图11为MOCT低压侧光路单元的可靠性框图，主要包括LED光源模块和光电探测器模块，构成串联模型。

图11 MOCT低压侧光路单元的可靠性框图Fig.11 Reliability block diagram of optical circuit unit at low voltage end of MOCT

图12为MOCT低压侧信号处理单元的可靠性框图，主要包括A/D1前置处理电路、A/D2前置处理电路、A/D1采集电路、A/D2采集电路、数字信号处理模块等电子电路，构成并串联复合模型。

图12 MOCT低压侧信号处理单元的可靠性框图Fig.12 Reliability block diagram of signal processing unit at low voltage end of MOCT

2.2 可靠性指标计算

2.2.1 可靠性基本概念

可靠性是指产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。其中，规定功能是指在论证、研制时赋予产品的功效和作用，通常用产品的性能指标来表征，需明确完成规定功能的含义，并准确地制订完成规定功能的标准。在某些特定条件下，有些故障并不一定影响完成规定功能的能力。因此，在判断产品是否具有完成规定功能的能力时，必须规定明确的失效判据。

由于“完成规定功能的能力”的要求不同，OCT设备与由其构成的双重化配置系统的失效定义是不同的，分别可以描述为：

a)OCT设备失效。对于OCT设备本身而言，完成规定功能的能力是指其能完成GB/T 20840.8—2007《互感器 第8部分：电子式电流互感器》规定的性能指标要求。

b)双重化配置系统失效。对于光学互感器需满足继电保护双重化配置的要求而言，完成规定功能的能力是指其能满足Q/GDW 441—2010规定“智能变电站中电子式互感器的二次转换器(A/D采样回路)损坏，不应引起保护误动作跳闸”的规定。

度量可靠性的常用指标有可靠度、失效率、平均寿命、可靠寿命、维修度和有效度等。本文选择可靠度R(t)、失效率λ(t)和平均寿命θ来度量可靠性。大部分产品或系统的寿命主要服从指数分布，对于指数分布，可靠度、失效率和平均寿命之间的关系可以描述为[22]：

可靠度

(1)

平均寿命

θ=1/λ.

(2)

参照GJB/Z 299C—2006，结合部分元器件加速老化试验数据，采用元器件计数法和应力分析法，分别对FOCT和MOCT进行可靠性预计，获得OCT设备和不同双重化配置系统的失效率等可靠性指标。

2.2.2 FOCT的可靠性指标

2.2.2.1 高压侧光纤敏感环

图6所示高压侧光纤敏感环主要由传感光纤环、反射镜和1/4波片等无源光器件构成串联模型，器件密封在封装壳内，工作在较为恶劣的户外环境，满足军级产品标准。这些无源光器件目前还没有可参考的试验数据，但其结构均与光纤耦合器类似，可以参照光纤耦合器的失效率进行预计。GJB/Z 299C—2006中进口光电子器件的工作失效率λp预计模型为

λp=λbπEπQπT.

(3)

式中：λb为基本失效率；πT为温度应力系数；πE为环境系数；πQ为质量系数。

依据文献[21]，表1列出了传感光纤环、反射镜和1/4波片的元器件失效率计算参数。

表1 高压侧光纤敏感环的元器件失效率计算参数Tab.1 Failure rate parameters of components of fiber optic sensitive ring at high voltage end

对于指数分布，串联模型的失效率λ是各组成模块失效率λi的总和，即[22]

λ=Σλi.

(4)

于是，可得高压侧光纤敏感环的工作失效率λFOSR=λp×3=0.923 4×10-6h-1。

2.2.2.2 低压侧光路单元

图7所示FOCT低压侧光路单元主要由SLD光源模块、分光器、偏振器、相位调制器和光电探测器等光器件构成串联模型，工作在维护条件较好的户内环境，满足军级产品标准。其中：分光器和偏振器是无源光器件，结构与光纤耦合器类似，失效率也可参照光纤耦合器；SLD光源、相位调制器和光电探测器属于有源光电子器件。

分光器、偏振器和光电探测器的工作失效率预计模型可按式(3)计算，参照GJB/Z 299C—2006，其元器件失效率计算参数见表2。

表2 低压侧光路单元部分元器件失效率计算参数Tab.2 Failure rate parameters of partial components of optical circuit unit at low voltage end

SLD光源模块作为组件级别的有源光电子器件[23]，内部一般包括管芯、光纤耦合点、制冷器和2个热敏电阻等元器件，其失效率λSLD的预计模型可表示为

λSLD=λTUB+λCOUP+λREFG+2λTR.

(5)

式中：λTUB为SLD光源模块管芯的失效率；λCOUP为光纤耦合点的失效率；λREFG为制冷器的失效率；λTR为热敏电阻的失效率。

文献[24]显示，SLD光源模块的管芯在驱动电流100 mA、室温25 ℃下的工作条件下正常工作106h以上，取θ=1.0×106h的平均工作寿命。根据式(2)，可得SLD光源模块管芯的工作失效率λTUB=1.0×10-6h-1。文献[23]显示，SLD光源模块中使用的制冷器一般为进口产品，其失效率λREFG=0.004 9×10-6h-1。光纤耦合点的失效率参照光纤耦合器，其失效率λCOUP=0.099 4×10-6h-1。GJB/Z 299C—2006中进口热敏电阻的工作失效率预计模型为

λp=λbπEπQπTπS.

(6)

式中πS为电应力系数。

依据文献[21]，表3列出了热敏电阻失效率的计算参数。

表3 热敏电阻的失效率计算参数Tab.3 Failure rate parameters of thermistor

根据式(5)计算得到SLD光源模块的工作失效率λSLD=1.112 8×10-6h-1。

相位调制器选择Y波导，根据文献[25]，在温度22 ℃下，Y波导的平均工作寿命θ=1.6×107h。按照指数分布来近似估算，根据式(2)可得Y波导的工作失效率为λY=0.062 5×10-6h-1。

于是，可得FOCT低压侧光路单元的工作失效率λOCUF=2.874 0×10-6h-1。

2.2.2.3 光纤光缆

文献[26]显示，单根光纤的工作失效率λF=0.014 0×10-6h-1。低压侧光路单元与低压侧信号处理单元之间选用国产单芯单模FC/PC光纤连接器连接，工作在维护条件较好的户内环境。GJB/Z 299C—2006中，国产光纤连接器的工作失效率预计模型为

λp=λbπEπmπPπL.

(7)

式中：πm为传输模式系数；πP为端面形式系数；πL为连接系数。光纤连接器的失效率计算参数见表4。

表4 光纤连接器的失效率计算参数Tab.4 Failure rate parameters of fiber optic connector

于是，可得光纤光缆的工作失效率λFOC=0.283 4×10-6h-1。

2.2.2.4 低压侧信号处理单元

图8所示FOCT低压侧信号处理单元主要包括A/D1采集模块、A/D2采集模块、数字信号处理模块、D/A1反馈模块和D/A2反馈模块等电子电路，构成并串联模型，工作在维护条件较好的户内环境，满足工业级产品标准。A/D1采集模块和A/D2采集模块相同，包括A/D前置处理电路和A/D采集电路。A/D前置处理电路主要由2个运算放大器、12个金属膜电阻器、6个陶瓷电容器构成串联模型；A/D采集电路主要由1个A/D转换器和1个电压基准构成串联模型；数字信号处理模块主要由1个FPGA和1个存储器构成串联模型；D/A1反馈模块和D/A2反馈模块相同，主要由1个D/A转换器、1个运算放大器、4个金属膜电阻器和1个电压基准构成串联模型。

其中，运算放大器、A/D转换器、D/A转换器、FPGA和存储器都属于半导体集成电路。GJB/Z 299C—2006中，进口半导体单片集成电路的工作失效率预计模型为

λp=(C1πT+C2πE)πQ.

(8)

式中：C1为电路复杂度失效率；C2为封装复杂度失效率。

半导体集成电路的失效率计算参数见表5。

表5 半导体集成单路的元器件失效率计算参数Tab.5 Failure rate parameters ofcomponents of semiconductor integrated circuit

进口电压基准的工作失效率预计模型为

λp=λbπEπQπTπS.

(9)

电压基准的失效率计算参数见表6。

表6 电压基准的失效率计算参数Tab.6 Failure rate parameters of voltage reference

电阻电容一般为国产产品。GJB/Z 299C—2006中，国产金属膜电阻的工作失效率预计模型为

λp=λbπEπQπR.

(10)

式中πR为阻值系数。

国产NPO陶瓷电容的工作失效率预计模型为

λp=λbπEπQπCVπch.

(11)

式中：πCV为电容量系数；πch为表面贴装系数。

电阻电容的失效率计算参数见表7。

表7 电阻电容的失效率计算参数Tab.7 Failure rate parameters of resistances and capacitances

计算可得：A/D前置处理电路的工作失效率λADP=0.272 3×10-6h-1；A/D采样电路的工作失效率λADS=0.184 31×10-6h-1；数字信号处理模块的工作失效率λDSP=0.226 6×10-6h-1；D/A反馈电路的工作失效率λDAF=0.259 2×10-6h-1。

2.2.2.5 低压侧电源单元

FOCT低压侧电源单元中的主要组件为DC/DC变换器，文献[27]显示影响DC/DC电源模块可靠性的关键器件为垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管和肖特基势垒二极管，两者的平均寿命分别为1.47×107h和4.3×107h。按照指数分布来近似估算，根据式(2)，可得低压侧电源单元的工作失效率为λPSU=0.091 3×10-6h-1。

2.2.2.6 FOCT系统可靠性

根据上述各个单元和模块工作失效率的计算结果，可进一步得到FOCT的设备可靠性指标和不同双重化配置方案的系统可靠性指标。双套独立和单套双采样2种方案构成的双重化配置方案的差异主要是低压侧信号处理单元部分模块是否采用双套配置，在计算系统可靠性指标时，双套配置部分为并联模型。对于指数分布，2个相同模块构成的并联模型的失效率

λ=λi/(1+1/2)=2λi/3.

(12)

FOCT不同配置方案的可靠性计算结果见表8、9。

表8 FOCT不同配置方案Tab.8 Different FOCT configuration schemes

计算结果表明：FOCT设备的平均寿命大于20年，基本能满足工程使用的需求。采用双采样技术后的FOCT比单采样FOCT设备平均寿命只提高了1年，这是由于FOCT的失效主要在光纤敏感环和光路单元部分。双套独立方案和单套双采样方案都能实现继电保护的双重化配置要求，避免保护误动作跳闸事故的发生。但由于双套独立方案整个组成模块的可靠性逻辑结构为并联，因此双套独立方案的双重化配置的系统失效率要低于单套双采样方案，其1年时间内的系统可靠度稍高于单套双采样方案。

表9 FOCT不同配置方案的系统可靠性Tab.9 System reliabilities with different FOCT configuration schemes

2.2.3 MOCT的可靠性指标

2.2.3.1 高压侧OCS模块

图10所示高压侧OCS主要由准直器组、起偏器、磁光玻璃光柱和检偏器等无源光器件构成串联模型。文献[14]将OCS作为一个整体，通过加速老化试验得到在常温25℃下的中位寿命t0.5是50年，分布参数σ为1.27，其平均寿命θ可以表示为[22]

θ=exp(lnt0.5+σ2/2)，

(13)

可得OCS的平均寿命θ=0.981 2×106h。按式(2)近似估算OCS的工作失效率λOCS=1.019 2×10-6h-1。

2.2.3.2 低压侧光路单元

图11所示MOCT低压侧光路单元由LED光源模块和光电探测器模块构成串联模型。LED光源模块由线性稳压芯片、光纤发光二极管模块和限流电阻组成。线性稳压芯片为光纤发光二极管模块提供稳定的驱动电流，构成串联模型，工作在维护条件较好的户内环境。光纤发光二极管模块采用HFBR-1414，其在常温(25 ℃)下的工作失效率λH=0.263 0×10-6h-1。限流电阻采用国产金属膜电阻，表7显示其工作失效率λR=0.001 5×10-6h-1。线性稳压芯片属于半导体集成单路的一种，其工作失效率按式(8)计算，表10为线性稳压芯片的失效率计算参数。

表10 线性稳压芯片的失效率计算参数Tab.10 Failure rate parameters of linear voltage stabilizer chip

计算可得LED光源模块的工作失效率λLED=0.313 4×10-6h-1。

图 3所示OCS模块由2只光电探测器与信号处理电路单元连接，构成并联模型，工作在维护条件较好的户内环境。表2显示单只光电探测器的工作失效率为λPD=1.5×10-6h-1，可得光电探测器模块的工作失效率λPDU=1.0×10-6h-1。

于是，可得MOCT低压侧光路单元的工作失效率λOCUM=1.313 4×10-6h-1。

2.2.3.3 光纤光缆

单套OCS共需3根多模光纤，单根光纤的工作失效率[26]λF=0.014 0×10-6h-1。光纤连接器选用国产62.5 μm/125 μm的3芯FC/PC多模光纤连接器，其工作失效率按式(7)计算，表11为光纤连接器的失效率计算参数。

表11 光纤连接器的失效率计算参数Tab.11 Failure rate parameters of fiber optic connector

计算可得光纤光缆的工作失效率λFOC=0.200 2×10-6h-1。

2.2.3.4 信号处理电路单元

图12所示MOCT信号处理电路单元主要包括A/D1采集模块、A/D2采集模块、数字信号处理模块等电子电路，构成并串联模型，工作在维护条件较好的户内环境，满足工业级产品标准。A/D1采集模块和A/D2采集模块相同，包括A/D前置处理电路和A/D采集电路。A/D前置处理电路主要由4个运算放大器、24个金属膜电阻器、12个陶瓷电容器构成串联模型；A/D采集电路主要由1个A/D转换器和1个电压基准构成串联模型；数字信号处理模块主要由1个DSP和1个存储器构成串联模型。

其中，DSP属于半导体集成电路，其工作失效率按式(8)计算，表12为DSP的失效率计算参数。

表12 DSP的失效率计算参数表Tab.12 Failure rate parameters of DSP

其他元器件的参数见表5和表6。计算可得：A/D前置处理电路的工作失效率λADP=0.544 5×10-6h-1；A/D采样电路的工作失效率λADS=0.184 3×10-6h-1；数字信号处理模块的工作失效率λDSP=0.215 4×10-6h-1。

2.2.3.5 低压侧电源单元

MOCT低压侧电源单元与FOCT类似，其工作失效率λPSU=0.091 3×10-6h-1。

2.2.3.6 MOCT系统可靠性

依据上述各个单元和模块工作失效率的计算结果，可进一步得到MOCT的设备可靠性指标和不同双重化配置方案的系统可靠性指标。MOCT不同配置方案的可靠性计算结果见表13、14。

表13 MOCT不同配置方案Tab.13 Different MOCT configuration schemes

表14 MOCT不同配置方案的系统可靠性Tab.14 System reliabilities with different MOCT configuration schemes

计算结果表明：MOCT设备的平均寿命大于30年，完全能满足工程使用的需求。采用双采样技术后的MOCT比单采样的MOCT设备平均寿命提高了2年左右，MOCT的失效主要在OCS模块和光路单元部分。与FOCT类似，单套双采样方案的双重化配置的系统失效率略高于双套独立方案，其1年时间内的系统可靠度稍低于双套独立方案。

3 适用性分析

从工程适用性的角度考虑，在满足系统可靠性的前提下，应该尽量简化系统结构、降低成本。

3.1 经济性分析

选择在实际工程中应用较多的OCT产品进行询价，获得FOCT和MOCT主要组件的成本报价。表15和表16分别为FOCT和MOCT不同双重化配置方案的经济性比较(不含光纤绝缘子)。

由表15和表16的数据可知，采用单套双采样方案比采用双套独立方案的双重化配置系统成本降低约50%。在满足双重化配置要求的基础上，采用双采样技术的成本控制效果明显，有效提升了OCT工程应用的经济性。

表15 FOCT不同双重化配置方案的经济性比较Tab.15 Economic comparison results of different double configuration schemes of FOCT

表16 MOCT不同双重化配置方案的经济性比较Tab.16 Economic comparison results of different double configuration schemes of MOCT

3.2 工程适用性比较

2种OCT不同双重化配置方案的经济性和可靠性对比见表17。分析数据表明：虽然采用单套双采样方案的双重化配置系统的可靠度小幅下降，但是其成本却几乎是采用双套独立配置方案的一半。可靠性与经济性综合分析表明：采用单套双采样方案以小幅降低产品可靠性的代价，大幅降低了OCT工程应用的成本，显著提高了OCT工程应用的经济性。

表17 2种OCT不同双重化配置方案的经济性和可靠性对比Tab.17 Economy and reliability comparison of two kinds double configuration schemes

不同类型OCT的经济性和平均寿命对比见表18。数据表明：MOCT较FOCT的平均寿命要高10年左右，这主要由于MOCT低压侧光路单元的组成结构比FOCT简单，而且光源采用的是平均寿命相对较高的LED光源。而且，FOCT大部分光学器件依赖于进口，组件成本比较高，使得FOCT的成本要远高于MOCT，FOCT的成本大约为MOCT的3倍。综上所述，MOCT比FOCT在工程应用的经济性上更具优势。

表18 不同类型OCT的经济性和平均寿命对比Tab.18 Economy and reliability comparison of different types of OCT

4 结束语

目前我国在运智能变电站大多采用了常规电流互感器，根据调研统计，采用OCT的智能变电站数量尚不足5%。一方面原因是新技术的应用需要逐步试点；另一方面则是由于OCT的工程应用成本较高，难以大面积推广。为此，本文提出了采用独立双采样技术的OCT方案，以集成的方式同时实现独立双套OCT产品的采集功能，满足智能变电站继电保护对电子式互感器双重化采样的配置需求。本文通过建立FOCT和MOCT的可靠性模型，分别对FOCT和MOCT进行了可靠性预计，获得了OCT的设备可靠性指标和不同双重化配置方案的系统可靠性指标。可靠性与经济性分析数据表明，采用单套双采样方案以小幅降低产品可靠性的代价，可以大幅降低OCT的工程应用成本，显著提高OCT工程应用的经济性。