CN103944222B - 一种架空线路故障检测终端、其供电装置及应用其的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路故障检测终端、其供电装置及应用其的系统，所述供电装置可从电力线上取电，包括取电磁路和与之连接的取电电路，所述取电磁路采用电流互感器，所述电流互感器的导磁部件由多段组合而成，且所述导磁部件至少采用两种导磁材料，所述取电电路为可间歇式充电及储电电路。本发明的供电装置安装简便、可长期有效地对检测终端及系统供电，克服了传统架空线路故障检测终端及系统供电方式的缺陷。

Description

一种架空线路故障检测终端、其供电装置及应用其的系统

技术领域

本发明涉及架空线路的电源设计技术领域，尤其是涉及一种架空线路故障检测终端的供电装置，应用该装置的故障检测终端及故障检测系统。

背景技术

目前，国内外架空线路故障检测终端供电主要有电池供电，太阳能供电和高压感应供电几种方式。采用电池供电不能长时间支持无线通信，由于故障检测终端采用环氧树脂浇灌，因而电池不能更换，产品使用寿命受到严重制约。即使设计成电池可以更换的形式，对于分布广泛的故障检测终端，更换电池的大量现场工作也是一件极不容易的事。而采用太阳能供电在雨季和阳光不充分的地方受到严重制约。另外采用专用高压感应器取电，很难将故障检测终端与取电装置集成在一块，使故障检测终端安装工作繁琐，有时需要停电工作，给现场施工带来不便。因此，现有的架空线路故障检测终端供电方案仍存有不足与缺陷，而亟待进一步改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种安装简便、可长期有效地对检测终端供电的架空线路故障检测终端供电装置，克服了现有架空线路故障检测终端供电方式的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种架空线路故障检测终端供电装置，可从电力线上取电，包括取电磁路和与之连接的取电电路，所述取电磁路采用电流互感器，所述电流互感器的导磁部件由多段组合而成，且所述导磁部件至少采用两种导磁材料，所述取电电路为可间歇式充电及储电电路。

进一步地，所述电流互感器为可开口式电流互感器。

进一步地，所述电流互感器的导磁部件由A、B、C、D四段组合而成，其中所述A段由左右对称的两半拼接成弧形，左右对称的两半可开合，所述B、D段分别连接在A段的左右两侧，并与A段形成U型结构，所述C段连接并封闭所述U型开口；所述电流互感器的线圈缠绕在所述C段上。

进一步地，所述A段为纯铁，所述B、C、D段为硅钢片。

进一步地，所述A段弧半径为68mm、截面为边长3mm×10mm的长方形；所述B、C段高40mm、截面为边长2mm×10mm的长方形；所述D段长60mm、截面为边长5mm×10mm的长方形。

进一步地，所述取电电路采用倍压整流电路。

进一步地，所述倍压整流电路为三倍压整流电路。

进一步地，所述倍压整流电路采用的电容为多个，其中至少一个电容为超级电容。

进一步地，所述供电装置还包括与所述倍压整流电路连接的稳压电路。

本发明的第二个目的是提供一种架空线路故障检测终端，采用如下技术方案：

一种架空线路故障检测终端，包括上述的供电装置。

本发明的第三个目的是提供一种架空线路故障检测系统，采用如下技术方案：

一种架空线路故障检测系统，包括检测终端，所述检测终端上连接有上述的供电装置。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)由于电流互感器采用不同导磁材料分段设计方案，保证了系统既能取到电能，又不会让系统在一次侧大电流时提供出非常大的电流。现有电流互感器和高压取电装置鲜有使用分段磁路的设计。

(2)与现有电流互感器采用桥式整流，适合大功率情况使用不同，本发明突破常规，采用倍压充电方案，适合小电流充电状况使用。

(3)由于结合超级电容在间歇工作电路中的使用，方便了电路充电和电能存储，可长期有效地对检测终端及系统供电。

(4)本发明的供电装置可与故障检测终端集成在一起，现场安装方便，适合10kv、35kv、110kv系统取电。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是电流互感器的结构示意图。

图2是三倍压整流电路示意图。

具体实施方式

本发明提供一种架空线路故障检测终端供电装置，该供电装置的设计基于以下分析：

架空线路故障检测终端采集到线路短路或接地故障后要立即上传故障信号，在没有故障时要间隔上传线路电流值和温度值，平时系统处于休眠低功耗状态，由此可见整个故障检测系统能量的消耗主要在于通信时所耗的能量，如果在通信的间隔补充的能量大于一次通信的能量，则故障检测系统就可以正常工作。因而，所设计的供电装置重点在于所取到的电能要储存起来，同时要降低线路电流下限，使其在线路电流很小时就能取到电，具备间歇工作的能力。以上分析表明，采用低功耗设计电路，取电能力至少大于400uA，让取到的电能储存在超级电容中，就能完全满足间歇工作要求。

基于以上设计原理，本发明的一种架空线路故障检测终端供电装置，具体包括以下几个方面的设计：

1、取电磁路

所述取电磁路采用电流互感器(CT)，为了能让故障检测终端在安装时带电操作，取电CT设计成开口的形式，在安装时采用专用安装工具打开CT开口，安装完毕后自动牢固合上。

根据CT输出功率P的计算公式(1)：

P＝3.14fuS(I₁)²/L(1)

其中f为输电线路电流频率，u为铁芯的导磁率，S为铁芯截面积，I₁为一次侧电流，L为取电线圈的磁路长度。

要使得取电能力在一次侧电流在5-600A均能取到电，且在大电流时要限制最大输出功率。因此，取电磁路设计不能具有线性性质。整个磁路采用不同导磁材料分段设计。

经过计算和实验，所述电流互感器的导磁部件由多段组合而成，且至少采用两种导磁材料，磁路结构设计可以如图1所示：

图1中，所述电流互感器的导磁部件由A、B、C、D四段组合而成，其中A段由左右对称的两半拼接成弧形，左右对称的两半在中间对称点部分分开，外侧两边由压簧固定，可开合。B、D段分别连接在A段的左右两侧，外侧分别用塑料卡槽固定，B、D段与A段形成U型结构，C段连接并封闭所述U型开口。

A段为电工纯铁制做，尺寸大小为弧半径68mm、截面3mm×10mm。B、D段由硅钢片制做，尺寸大小为高40mm、截面2mm×10mm。C段由硅钢片制做，外侧缠绕N匝线圈，构成取电线圈，线圈的匝数和线径可由实验决定，硅钢片尺寸大小为长60mm、截面5mm×10mm。E、F点向外输出电压。当空载时，一次侧电流5A时，保证E、F峰值电压3V以上即可通过后继取电电路完成间歇式充电。

2、取电电路

请配合参阅图2，取电电路要求一次侧在5-600A时均能取到电供检测系统使用，还要考虑在一次侧大电流时，系统多余能量要泄放掉。针对低功耗设计方案，取电电路采用三倍压整流向超级电容C3充电，C3两端接到稳压电路部分。

当一次侧小电流工作时(5A-10A)，为了提高充电电压门槛，C1电容和Vef二倍压向电容C2充电。当系统稳定后，C2电容和Vef累计三倍压向超级电容C3充电，充电电流可达400uA-800uA。当一次侧工作在大电流(500-600A)时，由于磁路的特殊设计，充电电流此时可以达到40-60mA。此时，WD1根据电容C2两端电压高低将启动工作，稳定超级电容C3两端电压，从而将多余能量泄掉。超级电容C3两端电压Vgh接到后面的稳压电路，经过稳压调整后供故障检测终端使用。

其中，考虑三倍压整流方案和一次侧较大宽广电流范围内工作能力，线圈匝数N、电容C1和C2容量以及耐压值要实验确定，取最佳值，以提高本发明所述供电装置的取电能力。

3、充电能量计算

假设超级电容C3充满电后一次侧停电，当C3两端电压降低到3.3v以下，故障检测终端将不再工作。

采用超级电容C3的额定电压为5.5V，额定容量1F，则该超级电容C3提供的能量可由公式(2)计算：

$W=\frac{1}{2}{\mathrm{CU}}^2---\left(2\right)$

其中，W为所获能量，单位焦耳。C为电容容量，单位法拉。U为电容两端电压，单位伏特。

$W=\frac{1}{2}\×1\×({5.5}^2-{3.3}^2)=9.68$ (焦耳)

考虑系统最大工作在3.3V，1mA，由W＝Pt，有：

9.68(焦耳)＝0.0033(瓦)*t(秒)

因此：t＝2933.3(秒)＝48.9(分钟)

也就是说停电后供电装置还可以持续工作在48.9分钟左右。由于故障检测终端在间歇发送数据期间是休眠的，间歇间隔一般在5分钟左右，因此，故障检测终端在停电后工作时间可以延长到几个小时，完全满足现场使用要求。并且，当加大超级电容容量时，供电能力就翻倍，这比传统采用电池充电要方便很多。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种架空线路故障检测终端供电装置，可从电力线上取电，其特征在于，包括取电磁路和与之连接的取电电路，所述取电磁路采用电流互感器，所述电流互感器的导磁部件由多段组合而成，且所述导磁部件至少采用两种导磁材料，所述取电电路为可间歇式充电及储电电路。

2.根据权利要求1所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述电流互感器为可开口式电流互感器。

3.根据权利要求2所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述电流互感器的导磁部件由A、B、C、D四段组合而成，其中所述A段由左右对称的两半拼接成弧形，左右对称的两半可开合，所述B、D段分别连接在A段的左右两侧，并与A段形成U型结构，所述C段连接并封闭所述U型开口；所述电流互感器的线圈缠绕在所述C段上。

4.根据权利要求3所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述A段为纯铁，所述B、C、D段为硅钢片。

5.根据权利要求4所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述A段弧半径为68mm、截面为边长3mm×10mm的长方形；所述B、C段高40mm、截面为边长2mm×10mm的长方形；所述D段长60mm、截面为边长5mm×10mm的长方形。

6.根据权利要求1-5任一项所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述取电电路采用倍压整流电路。

7.根据权利要求6所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述倍压整流电路为三倍压整流电路。

8.根据权利要求6所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述倍压整流电路采用的电容为多个，其中至少一个电容为超级电容。

9.根据权利要求6所述的架空线路故障检测终端供电装置，其特征在于，所述供电装置还包括与所述倍压整流电路连接的稳压电路。

10.一种架空线路故障检测终端，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的供电装置。

11.一种架空线路故障检测系统，包括检测终端，其特征在于，所述检测终端上连接有权利要求1-9任一项所述的供电装置。