电网的安全稳定运行直接影响国民经济、社会发展和人民生活，电学参量的宽频域、实时、精确、可靠测量是电网安全与稳定运行的关键技术之一，在继电保护、谐波控制、直流输电等各类应用中，都是一项基础性的核心技术。
2012年4月，中国机械工业联合会召开技术成果鉴定会，由张履谦院士及来自中国仪器仪表行业协会、机械科学研究院、清华大学等单位的专家组成鉴定委员会，对航天十三所时代光电公司历时10年自主创新的“电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术及应用”项目进行成果鉴定。行业权威专家一致认为，该电气系统项目技术复杂、难度很大、具有自主知识产权和批量国产化能力，其综合技术水平居国内领先、国际先进水平，其中准确度、带宽等主要技术指标达到国际同类产品领先水平，工程应用规模居世界首位，实现了我国电气系统电学参量宽频域高精度测量技术的重大创新。
自主创新彰显航天精神
电，虽然看不见，摸不着，但在电气系统中，却需要对其电流和电压（包括频率、幅值和相位）、功率、阻抗、功率因子等电学参量进行实时精确测量，其中电流、电压量是各参量的测量基础，电学参量的准确动态测量是获取电气系统和电气设备运行状况，实施各类控制的重要依据，是电气系统安全、可靠、稳定、有效运行的基础和关键核心技术。
采用电磁式互感原理的电气系统电学参量测量技术已应用了上百年的历史。但是，随着我国高压、超高压、特高压智能电网建设和发展，基于电磁感应原理的电学参量测量装置在高压、超高压应用领域存在安全性、可靠性方面的严重不足。在高压使用环境中，传统电磁式互感器绝缘结构复杂、安全性和可靠性差，使得电气测量系统存在严重的安全隐患，对电网的安全运行构成重大威胁，爆炸飞溅物有可能损伤其他的运行设备，不仅会引起短路而造成停电事故，甚至会造成人员伤亡。传统互感器爆炸及失灵造成的大面积停电，经济损失动辄以数十亿、上百亿元计，严重威胁电网安全运行及社会稳定，在这方面，国内外都有过惨痛的教训。2005年，湖北某变电站传统电流互感器发生爆炸，2011年湖南某变电站传统电压互感器发生爆炸，均造成大面积停电，经济损失均达数十亿元。2003年8月14日，因传统互感器无法准确测量导致电网预警失灵，美国及加拿大遭遇了北美历史上最严重的大停电，使5000万人工作和生活受到严重影响，造成的经济损失每天多达250亿到300亿美元。
输变电领域迫切需要一种宽频域、实时、安全、精确、可靠测量电学参量的关键技术和设备，对继电保护、谐波控制、直流输电等各类电气系统的运行，开展自动和稳定的监测。在发展新型电子式互感器测量电学参量的技术途径中，存在着有源电子式互感器和光纤型无源电子式互感器两条技术途径，但是有源电子式互感器作为过渡性产品，在变电站数字化建设过程中因需求迫切虽然有所应用，但存在可靠性低、抗干扰性能差等技术瓶颈，光纤型电流电压测量装置具有较全面的综合优势，是智能电网等领域应用的技术发展趋势和新一代主流产品。
航天十三所时代光电公司，抓住国家建设智能电网的契机，利用国防科工局、航天科技集团公司大力推进军用技术转化，实行寓军于民、军民结合、协调发展的产业政策优势，大力发展航天技术应用产业。由导航、制导与控制领域专家、十三所副所长王巍研究员，率领他的光电传感科研团队，经过10年持续的自主创新研发和潜心攻关，成功研制出基于Sagnac干涉仪的全光纤电流测量装置，利用磁光效应代替电磁感应原理，突破了光学干涉仪和全数字闭环自适应信号处理技术，其核心的技术创新是在高压一次侧仅有敏感光路部分，实现了精密测量和强绝缘能力，使光纤电流、电压测量装置达到100kHz宽频带和0.1%的高检测精度。成功研制出基于泡克尔斯效应的光纤电压测量装置，利用电光效应代替电磁感应原理，通过锗酸铋光学晶体在低压侧非接触测量高压，实现了强绝缘能力及应用环境条件下的长期稳定性，达到了0.2%的高检测精度。
王巍研究员从上世纪90年代后期开始主持光纤陀螺技术及其惯性系统的研发工作。进入新世纪，为了满足宇航产品对新型高精度、长寿命、高可靠陀螺仪的迫切需求，他带领着平均年龄仅30岁的科研团队，凭借顽强的意志和勇于开拓的精神，另辟蹊径选择了一条具有中国特色的光纤陀螺研发之路。科研团队突破了技术瓶颈和技术封锁，提出了基于多约束多目标优化设计方法的小型化光电一体结构闭环光纤陀螺仪技术方案，进行了从光电子器件陀螺仪表到系统的设计思路、技术途径和工程化实现方法的整体创新和发明创造，“采用低偏和保偏混合光路的光纤陀螺”就是其中的核心发明专利技术之一，在国内率先实现了光纤陀螺及其系统的工程化，这些都为研制光纤电流电压测量装置打下了坚实的基础。
在实现电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术研发和工程化过程中，研发团队自主建立了Y波导、耦合器等关键光学元器件的研制工艺线。事实证明，正是因为具有长期进行关键光学元器件研制工艺线的建设基础，使得项目团队能够从基础上更加深入扎实地进行产品原理和误差机理研究，从而迅速赶超了国内外发达国家同类产品的技术水平。项目团队在研发初期就为产品的产业化发展进行了超前布局，充分利用民口配套资源，加强关键光学元器件的产业链建设，实现了每个光学元器件都具有两家以上单位的配套能力，带动了我国光纤陀螺及光电传感用光学元器件技术的发展。他们还编制起草了一系列企业标准，建立了新品研发体系，为民口企业建立健全了技术、质量、保密体系。通过以上扎实的基础工作，使得项目团队在光纤电流、电压测量装置误差机理、设计方法、专用光学器件、工艺设备与生产线、现场测试与标定等多方面实现了系统性创新和技术突破，建立了新型电学参量测量装置的完整技术创新体系。
智能电网用上航天技术
电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术之所以能够取得如此突出的科技创新成果，进入市场的速度也相对较快，一方面得益于巨大的国内市场和国家智能电网建设投入对技术的牵引，另外一方面得益于该技术是由先进的航天技术转化而来，在转化过程中又始终与电力系统的需求紧密结合。
航天十三所时代光电公司有长时间研发光纤陀螺的基础，对光纤陀螺内部技术各个方面的理解深厚，团队和平台都有优势。在光电类仪器仪表方面拥有超过30年的经验，有包括国家“千人计划”在内的500多人的高水平的专职团队及国内最先进的研发平台，是我国最重要的光纤陀螺和光电传感研制生产基地之一，光纤陀螺产品广泛应用于载人飞船、探月工程、运载火箭、卫星和国防武器等领域，荣获包括2项国家技术发明奖在内的多项国家奖励。
在光纤陀螺技术占据国内领先地位并实现在航天领域的广泛应用后，王巍研究员带领的科研团队敏锐地发现，光纤陀螺技术和光纤电流、电压互感器测量技术具有一定的技术继承性，国外ALSTOM公司的光纤电流互感器测量装置就是由美国Honeywell公司的光纤陀螺技术发展而来。光纤陀螺和光纤电流电压测量装置虽然应用领域不同，但原理是相通的。应该在光纤陀螺技术取得的基础上，创新性地研发技术先进、产品可靠、经济实用的电力领域用光纤精密测量设备，为社会经济发展服务。
然而，研制跨领域的高技术设备，真正实现电学参量的精密测量，在技术上有许多需要跨越的难题：必须在工程环境条件下同时实现高灵敏度和大测量范围，实现宽频带、实时性测量，在整个动态范围内保持优良的标度因数线性度，长期稳定性和高可靠性，是国际上公认的难题，国内外均无成熟技术可借鉴，必须自主研发，这些都给项目团队提出了严峻的挑战。
项目团队没有在困难面前退缩，在光纤陀螺研制基础上，结合电力系统的需求，深入研究了光纤电流电压测量装置温度、振动引起的干涉仪光路非互易性误差机理，提出并实现了时间与空间全互易光学干涉仪方案；提出了宽频域、全数字闭环自适应调制解调技术，解决了开环检测线性范围小的难题，实现了光纤电流测量装置107—108大动态范围。在光纤电压测量装置的研制过程中，突破了双偏振复用光路的干涉仪解调技术，显著降低了光学晶体热特性、应力特性对精度的影响。突破了高压电场等势腔技术，将干扰电场的影响减小2个量级以上。突破保偏光纤绝缘子包埋技术，解决了温度稳定性、应力释放等技术难题；在高压领域实现了光纤金属化密封技术，解决了高压气密难题。
在电力系统应用中，电学参量光纤精密测量装置的环境适应性和长期稳定性一直受到用户的关注，就像光纤陀螺仪一样，要求光纤测量装置在各种环境下，如温度、冲击、振动和低气压下保持输出精度。科研团队结合电力系统的环境适应性要求，发明了光纤低应力绕制工艺及设备，解决了光纤扭转、张力精确控制等难题，使光纤测量装置高低温误差降低了1个量级以上。突破集成光学器件芯片和尾纤制备技术，将光路对轴精度提高3倍以上，解决了光纤测量装置器件环境稳定性问题。发明了光学干涉仪全数字闭环调制解调及增益自适应控制技术，解决了光纤测量装置调制系数随温度漂移的难题。在装置长期稳定性方面，对影响装置长期稳定性的基础光电子器件如集成光学器件、保偏光纤耦合器等展开深入的研究，形成了对新的集成光学器件进行加速寿命和精度试验，性能漂移减小1个量级以上。另外，突破光路差动自补偿及光功率自适应控制技术，提高了整个测量装置的长期稳定性。
电学参量光纤精密测量装置的长寿命技术突破和验证需要时间，光纤精密测量装置是一种光电产品，在可靠性和寿命模型上该技术与光纤陀螺仪相类似，加速寿命试验表明理论寿命已达20年以上。
项目团队实现了应用面可覆盖220V—1000kV光纤测量装置系列化、型谱化产品，装置可以与高压断路器、气体绝缘开关、变压器等高压仪器设备一体化集成，解决了高压绝缘及气密问题，节省安装空间80%以上。通过光纤测量装置对电流、电压的精确测量，实现了对阻抗、频率、幅值、相位、功率、功率因子、三相不平衡度、谐波、失真度等电学参量的宽频域、非介入式测量，形成了完整的电气系统电学参量宽频域光纤精密测量系统。
电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术，通过光纤精密测量“感应”获得所需信息。整套设备像是在为电线上戴上一个“手镯”，实时监测很像中医悬丝把脉了解病情一样，而常规互感器电学参量测量则是“抽血化验”获得相应信息。工程部副主任谭金权形象地解释，并强调这绝不仅仅是对电学参量测量的简单简化，它还产生了一系列的连锁效应。
该项技术及应用项目实现了我国电气系统电学参量宽频域测量技术的换代性重大突破，解决了大动态范围、高精度、宽频带、长期稳定性、高可靠性等一系列技术难题，打破了国外对该核心技术的垄断，为我国智能电网建设、载人航天等国家重大工程提供了基础性的核心技术支撑，对我国仪器仪表技术的自主创新与产业发展、光电等相关行业的技术进步，起到了重要促进作用。市场处副处长郑春雷告诉记者，光纤电流电压测量技术在智能电网的继电保护、谐波控制、直流输电等各类应用中已成为首选技术，在航天科研现场电源品质监测、舰船电力监控、有色金属冶炼等方面也具有广泛的应用前景，已与德国西门子公司签署了产品出口合同，在高压直流测量用光纤电流测量装置方面实现了产品出口和在德国本土应用。
目前，这项技术已成功应用于智能电网、航天电源品质监测、直流输变电、直流融冰、电解铝、行波测距、舰船电力等领域。尤其是在智能电网领域，已成功地应用于50多个智能化变电站重点项目中，应用电压等级覆盖220V至750kV，累计应用量超过1700多相，投运数量跃居世界第一，最长应用5年，其中13项应用为同类技术领域世界范围内首次应用，18项为国内首次应用。
科技创新焕发航天才智
好的科研成果就一定要有系统性的技术创新，在研制初期就要对创新思路进行全面系统的规划，梳理核心技术、关键技术及外围技术，同时还要对技术进行延伸、拓展，让技术不断创新，产生技术创新的良性循环。这是王巍带领的科研攻关团队对研发的基本理解。为研制满足高压、超高压、特高压使用环境下新型光纤精密测量装置的应用要求，满足用户长寿命的使用要求，他带领的科研团队从2003年开始就开展了一系列光纤精密测量装置环境应用和长寿命的试验研究。在日常工作中，他结合航天科技集团公司“航天人才科学作风培养”工程，以航天工程课题组+研讨会相结合的创新形式开展工作，使培养和创新相结合。通过这样一种人才培养的实践，使项目团队具有创新活力，使年轻人能更快地进步，同时中年技术骨干和老同志在促进年轻人进步的过程中也能再学习、再提高，以适应新技术研发的需要。
完善的人才发展机制，能激发出科研正能量，是企业创新的源泉。面对新技术研发和工程应用并举，以及激烈的市场竞争，王巍研究员坚持把在创新中发现、培育和凝聚人才，培养和造就创新型团队作为研发工作的重点。作为博士生导师和团队带头人，他不仅自身坚持不懈地深入科研攻关一线，与大家一起制定方案、攻克难题、提出解决方法，而且还带领团队不断总结，提炼形成专利、标准和论著，带动整个技术领域的发展。他发表的学术专著《干涉型光纤陀螺仪技术》对光纤陀螺推广应用的光纤电流电压测量技术有着较为系统地论述，该专著荣获2011年度国家新闻出版总署“三个一百”原创图书奖。他已培养博士3人、硕士9人，在读博士生7人，博士后8人，已出站4人，其中2人获中国航天科技集团公司优秀毕业生称号。电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术共申请17项发明专利（含国际发明专利3项），其中已授权8项，获授权软件著作权4项。
目前，电气系统电学参量宽频域光纤精密测量技术已实现核心产品销售收入1.8亿元，新增税收1180万元，系统设备销售收入3.5亿元，节省城市用地等间接经济效益超过12亿元，下一步推广应用的经济效益将更加显著。张亚婷说，这就是航天十三所时代光电公司自主创新，企业可持续发展的实力。
