CN102570855B - 从高压侧感应取电的电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电工领域，具体是一种从高压侧感应取电的电源装置，可为安装在高压输电线路上或高压开关柜中的监测装置提供低压电源。它结构包括取电模块、电能调理模块、智能保护模块；所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路；所述智能保护模块含STM8单片机、RF射频模块和超级电容。本发明带有保护功能和智能监控功能，不仅能有效的保护电源装置及后方负载不被烧毁，还能通过RF射频模块对电源运行进行实时监控，保证了对外部负载提供电能的安全性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电工技术领域，具体是一种能从高压测上通过非接触方式感应取电的电源装置，可为安装在高压输电线路上或高压开关柜中的监测装置提供低压电源。
背景技术
智能电网的发展要求在高压输电线路上或高压开关柜中，添加用于监测的辅助装置来提高输变电的状态监测能力，这些辅助装置长期处于高压环境中，安装位置也较为苛刻，电源提供不易。目前，辅助装置常用的供电方式有太阳能电池和感应取电电源两种。太阳能电池成本高、体积大、安装位置受限、功率不稳定、使用不方便。感应取电电源利用电磁感应原理和磁饱和技术，通过电流互感器（CT）感应高压侧的电流来获取电能，具有成本低、体积小、安装灵活、输出稳定的优势。相比太阳能电池，感应取电电源更加适合为输变电监测辅助装置供电。但磁饱和技术导致CT的交流输出存在较高的电压尖峰，电压尖峰会损毁电源内部器件。
申请号为201010134788.7，名称为“用于高压输电线路上的感应取电装置”中国发明专利申请和申请号为201010002539.2，名称为“电力隧道电缆非接触式感应取电装置”中国发明专利申请均设计了电压尖峰泄放电路。泄放电路通过功率管和泄放电阻构成，当CT输出电压过高时，功率管导通，泄放电阻将尖峰能量吸收转换为热能耗散掉。然而，该方法在实用中存在问题。输电线路或高压开关柜可能由于负荷紧张而需要过载运行，虽然在设计电路时给电流留有一定裕量，但过载电流一旦超过规定的最大电流，CT电源会出现保护电路损毁故障，以致烧毁后方负载，造成巨额经济损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计更为合理、能实现非接触方式取电的从高压侧感应取电的电源装置。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种从高压侧感应取电的电源装置，其特点是：它包括取电模块、电能调理模块和智能保护模块；
所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；所述一次母线穿过所述电流互感器磁芯；所述二次线圈绕在所述电流互感器磁芯上，并与所述取样电阻并联，再与所述单刀双掷继电器串联；
所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；
所述智能保护电路包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在STM8单片机的供电端。
本发明中所述电流互感器铁芯、二次线圈和取样电阻将一次母线电能取出。感应的电能经整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路调理后，得到期望的电能。所述STM8单片机是一个单片机控制模块，可监测尖端泄放电路的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长。工作温度超标后，单片机控制模块通过控制单刀双掷继电器断开供电电路，直到尖端泄放电路的工作温度进入恢复阈值后，单刀双掷继电器重新接入供电电路。供电回路断开后，单片机控制模块由内部超级电容供电。当在预设超标时长内，尖端泄放电路的工作温度不能进入恢复阈值时，RF射频模块启动，下发电源装置故障命令。RF射频模块由单片机控制，将电源工作状态发送至后台主机，以便实时监控；超级电容与单片机并联，用以在主供电回路断开时向单片机供电。
本发明从高压侧感应取电的电源装置技术方案中，各元器件、模块及控制系统如无特别说明，均可以使用现有技术中公开的可适用于本发明的元器件、模块及控制系统。
与现有的技术相比，本发明不仅能有效的保护电源装置及后方负载不被烧毁，还能通过RF射频装置对电源运行进行实时监控，保证了对外部负载提供电能的安全性及稳定性。本发明应用前景良好，可带来较高的经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意框图；
图2是电能调理模块的具体电路图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1-2，一种从高压侧感应取电的电源装置：它包括取电模块1、电能调理模块2和智能保护模块3；
所述取电模块1含一次母线11、电流互感器磁芯12、二次线圈13、取样电阻14、单刀双掷继电器15；所述一次母线11穿过所述电流互感器磁芯12；所述二次线圈13绕在所述电流互感器磁芯12上，并与所述取样电阻14并联，再与所述单刀双掷继电器15串联；
所述电能调理模块2含整流电路21、尖端泄放电路22、纹波滤除电容23、稳压电路24，各电路之间依次串联连接；尖端泄放电路22包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；
所述智能保护电路3包括STM8单片机31、RF射频模块32和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机31的UART管脚连接；超级电容并联在STM8单片机31的供电端。
如图1所示，一次母线11上通有幅值恒定的交流电流，线路周围将产生交变磁场，并在电流互感器磁芯12上产生交变的磁通，这个磁通将在所述二次线圈13上感应出交变的感应电流。感应电流在所述取样电阻14上成为电动势输出。在所述单刀双掷继电器15（JQC-3F）闭合的条件下，所述感应电动势经整流电路21整流后变为脉动直流电压。脉动直流电压经所述尖端泄放电路22后，将脉动直流的尖峰能量泄放，再经所述纹波滤除电容23可将较大的电压纹波滤除。最后，该电压经稳压电路24后降至5.5V，供给监测终端使用。
整个电路运行过程中，所述单片机控制模块31，可监测尖端泄放电路22的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长。工作温度超标后，所述STM8单片机31通过所述单刀双掷继电器15断开供电电路，直到所述尖端泄放电路22的工作温度进入恢复阈值后，所述单刀双掷继电器15重新接入供电电路。供电断开后，所述单片机控制模块31由内部超级电容供电。当在预设超标时长内，所述尖端泄放电路22的工作温度不能进入恢复阈值时，所述RF射频模块32启动，下发电源装置故障命令。
为保证一次母线电流在50A时，电源装置可以启动，选择50/60Hz硅钢片作为电流互感器磁芯12材料，叠片系数为10，磁路半径9mm。二次线圈13由0.21mm漆包线绕制，一共绕制180匝。取样电阻14(80Ω、10w)，并联在二次线圈的输出端，用于将感应交变电动势设定在一个合适的电压点。当单刀双掷继电器15闭合时，取电模块1便将感应电能送与后方器件。
所述电能调理模块2具体实施时，如图2所示。
取样电阻两端的交流电压由整流电路W10G变为脉动直流电压，回路中并联用于保护电源模块不受浪涌冲击的瞬态拟制二极管D3。
由于磁饱和影响，所述脉动直流电压会存在极大的尖峰效应，若不处理将毁坏后端元件。当脉动直流尖峰高于稳压管D1的稳压值和限流电阻R4(5.1KΩ,0.5w)的压降总和时，D1导通。随后，功率管T1作为电源的过压保护进入导通状态，脉动直流的尖峰能量转移至泄放电阻R1(50Ω,10w)上。电阻R3(100KΩ,0.5w)为T1门极的限流电阻。此时，滤波电容C1(1000uF)可将电压纹波滤除，得到平稳直流电压。
所述平稳直流电压，经由LM2575芯片、L1(330H)、二极管D4构成的稳压电路后降至5.5V，供给后方负载使用。电容C2(330uF)是稳压电路输出端的滤波电容。
所述智能保护模块3中，控制模块选用STM8单片机31；STM8单片机31电源输入为电能调理模块2的输出；当温度超标时，STM8单片机31通过PG0管脚将单刀双掷继电器15（JQC-3F）掷于使电路断开的档位，直到温度恢复正常后，才将单刀双掷继电器15（JQC-3F）重新接入；超级电容在主供电回路断开时向STM8单片机31供电。
所述超级电容的容量需保证STM8单片机在主电路断电后的5分钟内能进行尖端泄放电路的温度检测，并在温度进入恢复阈值时，控制单刀双掷继电器15（JQC-3F）重新接入供电回路。为节省超级电容存储电量，所述STM8单片机处于活跃停机模式，仅在测量温度时才启动。在电容供电起第5分钟后，若尖端泄放电路温度仍不能下降到恢复阈值，所述RF射频模块32由睡眠模式进入发射模式，可利用ZigBee协议上传电源模块故障数据至后台主机，以便实时监控；在所述RF射频模块32中，RF芯片可选取SI4432。
Claims (1)
1. 一种从高压侧感应取电的电源装置，其特征在于：它包括取电模块、电能调理模块和智能保护模块；
所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；所述一次母线穿过所述电流互感器磁芯；所述二次线圈绕在所述电流互感器磁芯上，并与所述取样电阻并联，再与所述单刀双掷继电器串联；
所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；
所述智能保护模块包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在STM8单片机的供电端；
所述电流互感器磁芯、二次线圈和取样电阻将一次母线电能取出；感应的所述电能经整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路调理后，得到期望的电能；
所述STM8单片机是一个单片机控制模块，能够监测尖端泄放电路的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长；工作温度超标后，单片机控制模块通过控制单刀双掷继电器断开供电电路，直到尖端泄放电路的工作温度进入恢复阈值后，单刀双掷继电器重新接入供电电路；供电回路断开后，单片机控制模块由内部超级电容供电；当在预设超标时长内，尖端泄放电路的工作温度不能进入恢复阈值时，RF射频模块启动，下发电源装置故障命令；
RF射频模块由单片机控制，将电源工作状态发送至后台主机，以便实时监控；超级电容与单片机并联，用以在主供电回路断开时向单片机供电。
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