CN102842967B - 输电线路自取电装置 - Google Patents

Abstract

一种输电线路自取电装置，包括：磁芯；副边绕组，具有对应不同线圈匝数的多个抽头；继电器阵列，用于对副边绕组的多个抽头进行切换；整流滤波模块，用于对副边绕组输出的交流电源进行整流滤波后输出直流电源；电流测量模块，用于测量副边绕组的电流；电压测量模块，用于测量副边绕组的电压；控制模块，用于在判断计算得到的功率超出了功率阈值范围时控制继电器阵列对副边绕组中的抽头进行切换。与现有技术相比，本发明中的自取电装置，在电源超出功率阈值范围时，可以自适应地切换抽头，从而确保电源始终在功率阈值范围内，不仅可以保护取电装置，延长其使用寿命，更可给后续用电设备以持续稳定的供电，满足用电设备的用电要求。

Description

输电线路自取电装置

技术领域

本发明涉及输电领域，特别涉及一种应用于高压输电线路上的自取电装置。

背景技术

在高压输电线路上需要安装大量的柱上开关设备、线路监测设备、控制设备等，以保证高压输电线路的正常安全运行。但，目前安装在高压输电导线附近且与高压输电线路等电位的电气设备种类比较少，其主要原因在于无法简单高效地解决高压绝缘问题，使这些设备难以直接由地面直接供电。

随着技术的发展，工作在高压输电线路上的设备越来越多，如巡线机器人、带电作业机器人、高压线路污秽在线监测设备和高压线路远程监测设备等。最上述各个设备一般都悬挂于高压输电线路上，不便于引入工作电源。常见的设备供电方式为电池供电，然而电池寿命有限，且需停电更换，并得时时检查其电池运行状况以避免出现电力不足无法驱动设备工作。另外，也有提出采用太阳能蓄电池的供电方式，不过，太阳能蓄电池的供电方式，难于提供较大电源功率，且成本太高，更无法实现全天候供电。

鉴于此，业界也有提出一种通过感应取电的方式直接从高压输电线上取电以给高压输电线路相关设备供电的技术。应用所述高压输电线路取电技术，需要在输电线上固定一个取电线圈通过电磁感应获得电能，即，利用取电线圈输出感应电流，经整流、滤波、稳压后供电给监测设备。但在，现有的感应取电线圈中，其缠绕于磁芯的副边绕组的线圈匝数是固定的，以致存在如下问题：1、源副边的电流变比固定，所适应的源边电流范围有限，缺乏灵活性；2、当源边电流太小时，副边无法得到足够的电流，副边电源功率不足；当源边电流太大时，副边电流太大，铜损太大，导致整个线圈发热严重，甚至烧毁线圈。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种输电线路自取电装置，避免感应电源因过大或过小超出功率阈值范围而导致器件损坏或电力不足的问题。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种输电线路自取电装置，包括：磁芯，套设在输电线路上；副边绕组，缠绕于所述磁芯；所述副边绕组具有对应不同线圈匝数的多个抽头；继电器阵列，用于对所述副边绕组的多个抽头进行切换；整流滤波模块，用于对所述副边绕组输出的交流电源进行整流滤波后输出直流电源；电流测量模块，用于测量所述副边绕组的电流；电压测量模块，用于测量所述副边绕组的电压；控制模块，用于通过读取所述电流测量模块中的电流值和所述电压测量模块中的电压值后，计算出功率，并在判断计算得到的所述功率超出当前抽头下的功率阈值范围时控制所述继电器阵列对所述副边绕组中的抽头进行切换，获得符合要求的功率值。

可选地，所述磁芯为带开口状的环形结构。

可选地，所述磁芯的相对磁导率为7000至10000。

可选地，所述副边绕组是由耐高温、低电阻率的漆包线制作而成。

可选地，所述副边绕组中抽头的数量为2个至7个。

可选地，所述继电器阵列包括多个继电器，其中的每一个继电器通过控制信号线对应控制一个抽头。

可选地，所述继电器为单刀多掷继电器、电磁继电器或无电感式模拟继电器。

可选地，所述输电线路自取电装置还包括位于所述继电器阵列和所述整流滤波模块之间的过流泄放模块，用于将所述副边绕组中的过电流进行泄放。

可选地，所述控制模块控制所述继电器阵列对所述副边绕组中的抽头进行切换包括：当判断得到计算的所述功率小于当前抽头下的功率阈值范围时，控制所述继电器阵列将所述副边绕组切换至对应线圈匝数更少的下一个抽头；当判断得到计算的所述功率大于当前抽头下的功率阈值范围时，控制所述继电器阵列将所述副边绕组切换至对应线圈匝数更多的下一个抽头。

可选地，在所述继电器阵列对所述副边绕组进行抽头切换时，先与所要切换的下一个抽头连接，再与原先的上一个抽头断开。

有益效果：本发明自取电装置，特别地，提供的副边绕组，具有对应不同线圈匝数的抽头，如此，在电源超出功率阈值范围时，可以自适应地切换抽头，从而确保电源始终在功率阈值范围内，不仅可以保护取电装置，延长其使用寿命，更可给后续用电设备以持续稳定的供电，满足用电设备的用电要求。

附图说明

图1为本发明自取电装置中取电线圈的结构示意图；

图2为本发明自取电装置的功能模块框图。

具体实施方式

鉴于现有技术中感应取电线圈中线圈匝数是固定的，从而导致工作电源范围有限，灵活性较差，且不能根据实际情况而自适应调整，出现供电不足或超负荷损伤器件等问题。

因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种新型的传输线路自取电装置，具有对应不同线圈匝数的多个抽头的副边绕组，从而可以根据实际状况自适应切换抽头，确保提供稳定的电源。

以下将通过具体实施例来对本发明所提出的自取电装置进行详细说明。

图1显示了本发明自取电装置中取电线圈的结构示意图。如图1所示，所述取电线圈包括：磁芯10和缠绕于磁芯10的副边绕组11。

磁芯10是整个取电线圈的核心，用于导磁。在本实施例中，磁芯10是由硅钢片制作而成的，其相对磁导率为7000至10000。为便于套设在高压输电线D上，将磁芯10设计为带开口状的环形结构。例如在实际应用中，磁芯10分为两部分，分别内置于上、下磁芯盒内，利用上、下磁芯盒的相互铰接，磁芯10的两部分合为一体。

副边绕组11使用耐高温、低电阻率且相互间绝缘的漆包线绕制而成。特别地，在本实施例中，副边绕组11中具有对应不同线圈匝数的多个抽头(在这里，有5个抽头，分别以T1、T2、T3、T4、T5予以标示)，其中，线圈的匝数、抽头的数量可以根据实际应用而定，例如抽头的数量可以是2个至7个。选择不同的抽头，对应的线圈匝数就不同，产生的感应电源就不同。

图2显示了本发明自取电装置的功能模块框图。结合图1和如图2，所述自取电装置包括：磁芯10、副边绕组11、继电器阵列12、过流泄放模块13、整流滤波模块14、电流测量模块15、电压测量模块16和控制模块17。

副边绕组11缠绕于磁芯，具有一个公共端C以及对应不同线圈匝数的多个抽头。

继电器阵列12，与副边绕组11引出的各个抽头连接，用于对副边绕组11中的多个抽头进行切换。在实际应用中，继电器阵列12可以有多个继电器组成，其中的每一个继电器通过控制信号线对应控制一个抽头。假设有5个抽头T1、T2、T3、T4、T5，就需要5个继电器Key1、Key2、Key3、Key4、Key5，对应的抽头的线圈匝数从少到多。继电器Key1处于常闭状态，其他继电器Key2、Key3、Key4、Key5是处于常开状态。在一较佳实施例中，继电器阵列12可以由多个单刀双掷的继电器组成，每一个单刀双掷的继电器对应控制一个抽头。当然，并不以此为限，在其他实施例中，继电器阵列12中的继电器还可以是例如电磁继电器、无电感式模拟继电器等，在此不再赘述。

过流泄放模块13，用于将副边绕组11输出感应交流电流出现的过电流进行泄放，确保电路稳态。

整流滤波模块14，用于对副边绕组11输出的交流电源进行整流滤波后输出直流电源。

电流测量模块15，用于测量由整流滤波模块14输出的直流电流，并将所述直流电流值传送至控制模块17。

电压测量模块16，用于测量由整流滤波模块14输出的直流电压，并将所述直流电压值传送至控制模块17。

控制模块17，用于通过读取所述电流测量模块中的电流值和所述电压测量模块中的电压值后，计算出功率，并在判断计算得到的所述功率超出当前抽头下的功率阈值范围时控制所述继电器阵列对所述副边绕组中的抽头进行切换，获得符合要求的功率值。

在实际应用中，控制模块17可以由可靠性及稳定性都比较好的工业级单片机来实现。控制模块17对应抽头数量设定相同数量的比较阀值(以下称为“功率阈值范围”)，每一个功率阈值范围对应一个继电器。控制模块17通过读取电流测量模块15、电压测量模块16得到的数据(直流电流值和直流电压值)，进行计算，算出功率，将计算的功率与当前抽头所对应的功率阀值范围进行比较，若计算的功率落入当前抽头所对应的功率阀值范围，则不作切换操作；若计算的功率大于当前抽头所对应的功率阀值范围，则控制继电器阵列12向匝数更多的下一个抽头进行切换；若计算的功率小于当前抽头所对应的功率阀值范围，则控制继电器阵列12向匝数更少的下一个抽头进行切换。

后续，在控制模块17控制继电器阵列12完成副边绕组11的抽头切换后，可以再重复上述量测切换后新的抽头的直流电流值和直流电压值，计算功率，将计算的功率与切换后新的抽头所对应的功率阈值范围进行比较，从而判断是否还需再一次进行抽头的切换，直至符合功率要求。

举例而言，如前所述，仍假设5个抽头T1、T2、T3、T4、T5具有对应的5个功率阀值范围，分别为W1、W2、W3、W4、W5；且这5个阈值范围分别对应继电器阵列12中的继电器Key1、Key2、Key3、Key4、Key5。假设当前对应抽头T2的继电器Key2处于连接状态，控制模块17读取电流测量模块15、电压测量模块16得到的直流电流电压值，从而计算得到功率W，将计算得到的所述功率W与当前抽头T2对应的功率阈值范围W2进行比较。若W＞W2，则控制模块17控制继电器阵列12由当前继电器Key2切换至继电器Key3，从而实现抽头T2切换至对应线圈匝数更多的抽头T3；若W＜W2，则控制模块17控制继电器阵列由当前继电器Key2切换至继电器Key1，从而实现抽头T2切换至对应线圈匝数更少的抽头T1。

特别地，为防止在抽头切换过程中电路转换而出现激发电压，在本发明中，在继电器阵列12对副边绕组11中各个抽头进行抽头切换时，先与所要切换的下一个抽头连接，再与原先的上一个抽头断开(例如由抽头T2切换至抽头T3过程中，首先由继电器阵列12控制继电器Key3与抽头T3连接，接着再控制继电器Key2与原先的抽头T2断开)，从而确保抽头切换的平稳过渡。

本发明自取电装置，提供的副边绕组，具有对应不同线圈匝数的抽头，如此，在电源超出功率阈值范围时，可以自适应地切换抽头，从而确保电源始终在功率阈值范围内，不仅可以保护取电装置，延长其使用寿命，更可给后续用电设备以持续稳定的供电，满足用电设备的用电要求。

应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (7)

1.输电线路自取电装置，其特征在于，包括：

磁芯，套设在输电线路上；

副边绕组，缠绕于所述磁芯；所述副边绕组具有对应不同线圈匝数的多个抽头；

继电器阵列，用于对所述副边绕组的多个抽头进行切换；所述继电器阵列包括多个继电器，其中的每一个继电器通过控制信号线对应控制一个抽头；在所述继电器阵列对所述副边绕组进行抽头切换时，先与所要切换的下一个抽头连接，再与原先的上一个抽头断开；

整流滤波模块，用于对所述副边绕组输出的交流电源进行整流滤波后输出直流电源；

电流测量模块，用于测量所述副边绕组的电流；

电压测量模块，用于测量所述副边绕组的电压；

控制模块，用于通过读取所述电流测量模块中的电流值和所述电压测量模块中的电压值后，计算出功率，并在判断计算得到的所述功率超出当前抽头下的功率阈值范围时控制所述继电器阵列对所述副边绕组中的抽头进行切换，获得符合要求的功率值；所述控制模块控制所述继电器阵列对所述副边绕组中的抽头进行切换包括：当判断得到计算的所述功率小于当前抽头下的功率阈值范围时，控制所述继电器阵列将所述副边绕组切换至对应线圈匝数更少的下一个抽头；当判断得到计算的所述功率大于当前抽头下的功率阈值范围时，控制所述继电器阵列将所述副边绕组切换至对应线圈匝数更多的下一个抽头。

2.根据权利要求1所述的输电线路自取电装置，其特征在于，所述磁芯为带开口状的环形结构。

3.根据权利要求1或2所述的输电线路自取电装置，其特征在于，所述磁芯的相对磁导率为7000至10000。

4.根据权利要求1所述的输电线路自取电装置，其特征在于，所述副边绕组是由耐高温、低电阻率的漆包线制作而成。

5.根据权利要求1所述的输电线路自取电装置，其特征在于，所述副边绕组中抽头的数量为2个至7个。

6.根据权利要求1所述的输电线路自取电装置，其特征在于，所述继电器为单刀多掷继电器、电磁继电器或无电感式模拟继电器。

7.根据权利要求1所述的输电线路自取电装置，其特征在于，还包括位于所述继电器阵列和所述整流滤波模块之间的过流泄放模块，用于将所述副边绕组中的过电流进行泄放。