CN103094976A

CN103094976A - 架空线路ct取能电源的装置

Info

Publication number: CN103094976A
Application number: CN2013100218609A
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 林杰; 阮班义; 刘志陆; 张鸣
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明公开了架空线路CT取能电源的装置，包括线圈、整流电路、滤波电路、第一开关稳压模块、第二开关稳压模块、锂电池和升压模块；线圈、整流电路、滤波电路和第一开关稳压模块依次连接；锂电池的两输出端与升压模块的两输入端连接；第一开关稳压模块和升压模块都设有两个输出端，第一开关稳压模块和升压模块的一个输出端经过一个二极管后连接在第二开关稳压模块的一个输入端上，第一开关稳压模块和升压模块的另一个输出端连接在第二开关稳压模块的另一个输入端上。本发明可保证在电流变化范围0～700A内，得到5V稳定直流电压，其输出功率最高可达2W，并且不受自然环境的影响和电磁方面的干扰。

Description

架空线路CT取能电源的装置

技术领域

本发明涉及一种架空线路感应取电装置，特别是涉及一种架空线路CT取能电源的装置，是架空线路在线监测取能装置的电路。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，我国的电力建设也得到了持续、稳定的发展。根据规划，未来20年我国装机容量将从2000年的319GW、2010年的754GW，增加到2020年的1160GW。即便如此，我国的输电瓶颈仍没有得到解决，加上架空线路走廊征用困难、新建线路费用高、建设周期长，输电的费用居高不下。国内外早期就已对此提出了架空线路动态增容技术的理念并进行相应大量的研究工作，而所有在线监测设备可靠的供电装置，已经成为动态增容稳定性与可靠性的关键技术之一。目前研制的在线供电装置比较多，但都存在不少技术难题需要解决，加之架空线路电磁环境复杂，且在运行中更换维修困难，因此，架空线路监测设备对电源的可靠性要求较高。目前研制的架空线路监测设备普遍采用太阳能电池的供电方式，该供电方式受太阳光照强度制约，当出现阴雨天气时只能依靠蓄电池供电，不利于长期使用；另外，太阳能电池转换效率低，在线路上的安装和维护也不方便。根据电磁感应定律而研制的架空线路取能电源，当架空输电线路上通过的电流大于设备启动电流时，即可提供不间断的可靠供电。架空输电线路电流变化范围较大，如何保证设备在大范围电流内可以可靠的取电供电成为设计的关键。一是要保证在架空线电流较小时能提供足以驱动处于高压侧电子电路的功率，二是当架空线出现大电流时，能够稳定输出，给电子线路一个稳定的电源，其本身也不会因过电压而损坏。因此开发出一个可靠性高、输出稳定、抗干扰能力强的在线取能电源有着重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有技术的缺点和不足，提供一种有效减轻线圈饱和状态时所产生的剧烈振动、铁心损耗小、最大导磁率高、电源稳定可靠的架空线路CT取能电源的装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

架空线路CT取能电源的装置，包括线圈、整流电路、滤波电路、第一开关稳压模块、第二开关稳压模块、锂电池和升压模块；线圈、整流电路、滤波电路和第一开关稳压模块依次连接；锂电池的两输出端与升压模块的两输入端连接；第一开关稳压模块和升压模块都设有两个输出端，第一开关稳压模块和升压模块的一个输出端经过一个二极管后连接在第二开关稳压模块的一个输入端上，第一开关稳压模块和升压模块的另一个输出端连接在第二开关稳压模块的另一个输入端上；

线圈包括两块C型铁心和漆包线；漆包线在铁心上缠绕，线圈和整流电路连接是指缠绕后的漆包线两端与整流电路的输入端连接；架空线路位于两块铁心形成的空心圆中，两块C型铁心的连接处设有0.3-0.9mm的非导磁材料。

为进一步实现本发明目的，所述非导磁材料优选橡胶或塑料。

所述整流电路优先采用kbp206整流桥整流电路。

所述滤波电路优先采用LC-π型无源滤波电路。

所述第一开关稳压模块和第二开关稳压模块都优先采用LM2596型开关稳压模块。

所述升压模块优先为LM2577型升压模块。

本装置采用铁基纳米晶作为线圈的材料，对线圈加开一定气隙，减小线圈饱和所引起的剧烈振动。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1.使用铁基纳米晶材料的铁心，减小铁心损耗，提高铁磁材料最大导磁率。

2.采用线圈加开一定气隙的方式，有效减轻线圈饱和状态时所产生的剧烈振动；

3.以锂电池结合升压模块组成备用供电电路，在架空线路电流小于装置启动电流时，对监测设备进行暂时供电，保证监测设备的正常运行，同时监测设备的瞬时电流不会干扰取电过程，使电源更加稳定可靠。

4.本发明已经能够在范围(0A～700A)内感应出电能，并能可靠地输出1W的功率，输出5V直流电压。

附图说明

图1为架空线路CT取能电源的装置的结构示意图；

图2为线圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1所示，架空线路CT取能电源的装置包括线圈1、整流电路2、滤波电路3、第一开关稳压模块4、第二开关稳压模块5、锂电池6和升压模块7；线圈1、整流电路2、滤波电路3和第一开关稳压模块4依次连接；锂电池6的两输出端与升压模块7的两输入端连接；第一开关稳压模块4和升压模块7都设有两个输出端V_ol+和V_ol-，第一开关稳压模块4和升压模块7的输出端V_ol+都是经过一个二极管后连接在第二开关稳压模块5的输入端V_in+上，第一开关稳压模块4和升压模块7的输出端V_ol-都是连接在第二开关稳压模块5的输入端V_in-上。第二关稳压模块5两输出端产生直流稳压电压，与在线监测设备的用电设备连接。

如图2所示，线圈1包括两块C型铁心11和漆包线12；漆包线12在铁心上缠绕；线圈和整流电路连接是指缠绕后的漆包线12两端与整流电路的输入端连接；架空线路位于两块铁心形成的空心圆中，两块C型铁心的连接处设有0.3-0.9mm的非导磁材料13，非导磁材料可选用橡胶或塑料；C型铁心可选用铁基纳米晶材料；根据电磁感应定律，当架空线上通过交变电流时，在闭合铁心上产生交变磁场，在漆包线两端产生相应的交变电压。两块缠绕漆包线的C型铁心11构成闭合的磁路，闭合线圈的磁路中非导磁材料13构成气隙，非导磁材料厚度为气隙的宽度，气隙增加磁阻，减小线圈饱和时的剧烈振动，能使线圈在架空线路电流在700A内都不会出现饱和现象。线圈1对架空输电线路进行在线取能时，能够一定程度减小架空线路短路等故障电流对架空线路CT取能电源的装置的冲击。

整流电路2采用不可控的单相全桥整流电路(上海与利达电子公司)，将交流电整流成为直流电。整流电路2采用kbp206整流桥整流电路进行AC-DC变换，该芯片性价比较高，最大反向耐压600V，额定电流2A，工作温度范围-55℃～125℃；所述滤波电路使输出电压接近于较理想的直流电压，减小脉动的干扰。

滤波电路3采用LC-π型无源滤波电路，在电容滤波的基础上加上一级LC滤波，比LC电路滤波效果更好，输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而比只有LC滤波时，提高了输出电压。

第一开关稳压模块4和第二开关稳压模块5都为LM2596型开关稳压模块；架空线路感应所得到的交流电压通过整流滤波后的直流电压，再通过该开关稳压模块，得到一个稳定较低的直流电压，保护后续电路不受大电流的冲击影响。LM2596关稳压模块的额定电流为2A，最大电流可达3A，输入电压范围4.5V～60V，输出电压为1.25V～30V，连续可调直流电压，电压调整率为±0.5％，可根据需要调节输出电压且输出稳定。

锂电池6(三洋充电锂电池，型号18650)是作为备用供电电源，采用锂电池作为备用电源。

升压模块7(上海闪讯电子公司)为LM2577型升压模块。

锂电池6与升压模块7连接组成备用供电电路；在架空线路的母线电流低于装置启动电流时，由备用供电电路对在线监测设备进行暂时供电。升压模块LM2577输入电压3V～34V，输出4V～35V可调直流电压，最大输出电流为2.5A，电压调整率为±5％。备用供电电路输出电压为5V，与开关稳压后电压一致。

架空线路CT取能电源的装置一般使用功率在0.5W-1W。

上述的架空线路CT取能电源包括下列步骤：

(1)感应取电阶段：当架空线上通过交变电流时，线圈1在闭合铁心上产生交变磁场，在漆包线两端产生相应的交变电压，漆包线两端与整流电路的输入端连接。

(2)整流阶段：整流电路2采用不可控的单相全桥整流电路，将交流电压整流成为直流电压。整流电路2采用kbp206整流桥整流电路进行AC-DC变换，该芯片性价比较高，最大反向耐压600V，额定电流2A，工作温度范围-55℃～125℃；

(3)滤波阶段：滤波电路3是使整流后的电压更接近于较理想的直流电压，减小脉动。滤波电路3采用LC-π型无源滤波电路，在电容滤波的基础上加上一级LC滤波，比LC电路滤波效果更好，输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而比只有LC滤波时，提高了输出电压。

(4)稳压阶段：稳压模块将由架空线路感应的交流电通过整流滤波后的直流电压通过集成稳压器件，得到一个稳定的电压。稳压电路均采用开关稳压模块。稳压模块采用LM2596HV型DC-DC可调降压模块，其输入电压为4.5～60V，输出电压为1.25～30V可调，输出额定电流可达2A。第一开关稳压模块4安装在滤波电路3之后，将感应并整流滤波后的电路进行降压，降到4.5V-60V，由于开关稳压模块的稳压能力有限，只有一次降压，会使输出电压的波动较大，输出电压比较不稳定，为了保证输出的电压稳定性，采用两次降压的方式以减小输出电压的波动。第二开关稳压模块5是把感应取能后的电压与锂电池提供的电压进行比较后，再进行一次降压，最终输出5V的稳定直流电压，即为整个取能装置的输出电压。

(5)电池备用供电阶段：锂电池6加上LM2577升压模块，组成备用供电电路。在架空线路母线电流低于装置启动电流时，由备用供电电路对在线监测设备进行暂时供电。升压模块LM2577输入电压3V～34V，输出4V～35V可调直流电压，最大输出电流为2.5A，电压调整率为±5％。备用供电电路输出电压为5V，与开关稳压后电压一致。本装置一般使用功率在0.5W-1W左右。

第一开关稳压模块4和升压模块7的电压比较是通过两个二极管进行比较，例如第一开关稳压模块4的输出电压为V1，升压模块7的输出电压为V2，当V1＞V2时，第二开关稳压模块5的输入电压就为V1，这时V2电压不起作用；同样道理当V2＞V1时，第二开关稳压模块5的输入电压就为V2，这时V1电压不起作用。两个电压是通过二极管进行比较的，因为只要一端电压输出后，另一端的电压便不能输出。具体的启动电流大小视不同的线圈和匝数等参数而定。如启动电流在170A，当架空线路电流低于170A时，整个装置的输出功率由锂电池提供；当电流高于170A时，由感应取能进行提供。第二开关稳压模块只是进行最后的降压和稳定电压的作用。

取能电源能够充分利用架空线路的电能对在线监测的设备进行供电。且该设计的取能电源装置，具有适用架空线电流范围大，可靠性高的优点，且经济效益好。与其他户外的电源(太阳能，激光能等)相比，经济性，可靠性高。

当然，本领域技术人员还可以对本发明上述提出的像绕组选择电路结构以及绕组匝数以及其他电路部分作适当变更，例如改变输出电压大小等。

如上所述便可较好地实现本发明。

Claims

1.架空线路CT取能电源的装置，其特征在于包括线圈、整流电路、滤波电路、第一开关稳压模块、第二开关稳压模块、锂电池和升压模块；线圈、整流电路、滤波电路和第一开关稳压模块依次连接；锂电池的两输出端与升压模块的两输入端连接；第一开关稳压模块和升压模块都设有两个输出端，第一开关稳压模块和升压模块的一个输出端经过一个二极管后连接在第二开关稳压模块的一个输入端上，第一开关稳压模块和升压模块的另一个输出端连接在第二开关稳压模块的另一个输入端上；

2.根据权利要求1所述的架空线路CT取能电源的装置，其特征在于：所述非导磁材料选用橡胶或塑料。

3.根据权利要求1所述的架空线路CT取能电源的装置，其特征在于：所述整流电路采用kbp206整流桥整流电路。

4.根据权利要求1所述的架空线路CT取能电源的装置，其特征在于：所述滤波电路采用LC-π型无源滤波电路。

5.根据权利要求1所述的架空线路CT取能电源的装置，其特征在于：所述第一开关稳压模块和第二开关稳压模块都为LM2596型开关稳压模块。

6.根据权利要求1所述的架空线路CT取能电源的装置，其特征在于：所述升压模块为LM2577型升压模块。