CN106953371A - 一种交流电流ct取能装置及防过压电路 - Google Patents

一种交流电流ct取能装置及防过压电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种交流电流CT取能装置及防过压电路，包括CT取能线圈、第一整流模块、储能电容和输出模块，所述CT取能线圈与第一整流模块的交流侧连接，第一整流模块的直流侧与储能电容并联连接，储能电容还并联连接有输出模块，所述输出模块包括用于连接负载的输出接口，还包括与储能电容并联的高压监视模块，以及与储能电容并联的旁路模块，所述高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电压值时控制所述旁路模块投入，以旁路所述第一整流模块的输出。本发明选择合适的CT电流为储能电容充电，使储能电容的工作电压在一定的范围内，保证了交流电流CT取能装置的稳压性能，防止了若CT电流较大时，其输出的功率较高将损坏负载。

Description

一种交流电流CT取能装置及防过压电路
技术领域
[0001] 本发明属于高电位的电子设备CT取能电源的设计技术领域，特别涉及一种交流电 流CT取能装置及防过压电路。
背景技术
[0002] 随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求越来越大，对电能质量(如电能 的稳定性、不间断性等）的要求也越来越高，从而高压输电线路的安全性与稳定性显得尤为 重要，因此保证高压输电线路的正常、安全、稳定地运行，是目前智能电网发展的迫切要求。
[0003] 随着电力技术的发展，工作在高压输电线路上的电气设备也越来越多，如电力线 路在线检测装置、线路设备防盗装置等，由于大多的输电线路地处偏远，难以按常规办法解 决电源供给问题，因而这些设备的供电一般采用太阳能、电池、微波、光供电等方式。太阳能 供电由于受能量转换率、气候环境及成本等因素的限制，无法充分满足设备对供能在全天 候方面和长期稳定性方面的要求，因此不得不加入蓄电池以存储电能，而且太阳能电池板 体积庞大也不利于安装。采用电池供电，由于蓄电池本身的寿命问题(一般2到3年)使得设 备的维护成本大大增加，导致高压输电线路上难以普及，难以实现在线实时监控功能。光供 电方式是由低压端将电能转换为光能，经光纤传送到高压端再转化为电能为设备供电，该 方式受地理条件限制，因高压架空线多经过一些偏僻地区，如山区、森林等，需要另外增加 低压端，进而增加了成本，而且设备复杂，成本高，转换效率与功率不大。因此，常采用交流 电流CT取电的方式，使其能够长期稳定的为架空线路高压侧设备尤其是在线检测设备提供 足够的功率。
[0004] 但是交流电流CT取电存在一些问题，当取能CT输出的电流较低时，其输出的功率 自然较低，不能维持负载的功耗，如果在CT电流较低时强行负载供电，会造成负载的电压波 动很大，甚至损坏电器设备。当CT输出的电流较大时，其输出的功率自然较高，超过负载的 功率，如果不限制CT的输出能量，同样会烧毁电子设备。因此必须采取措施，使CT取能电源 工作在安全的范围之内。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种交流电流CT取能装置及防过压电路，用于解决当CT取 样电流过大时，造成负载电压不稳定的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] —种交流电流CT取能装置，包括CT取能线圈、第一整流模块、储能电容和输出模 块，所述CT取能线圈与第一整流模块的交流侧连接，第一整流模块的直流侧与储能电容并 联连接，储能电容还并联连接有输出模块，所述输出模块包括用于连接负载的输出接口，还 包括与储能电容并联的高压监视模块，以及与储能电容并联的旁路模块，所述高压监视模 块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电压值时控制所述旁路模块投入，以 旁路所述第一整流模块的输出。
[0008] 进一步地，所述高压监视模块包括串联的第二稳压管（2W1)和第一分压电阻 (2R3);所述旁路模块包括旁路电阻（2R1)和旁路开关管(2DK1);所述第一分压电阻(2R3)的 分压端通过第三稳压管（2W2)与所述旁路开关管(2DK1)的控制端连接，用于当所述第三稳 压管(2W2)击穿时触发导通所述旁路开关管(2DK1)。
[0009] 进一步地，所述第一分压电阻（2R3)还串联第二分压电阻（2R4);所述高压控制模 块还包括有持续导通支路，所述持续导通支路用于在旁路开关管(2DK1)导通后短路所述第 二分压电阻(2R4)。
[0010] 进一步地，所述持续导通支路包括一个光耦元件，光耦元件的原边与所述旁路电 阻并联，光耦元件的副边与所述第二分压电阻(2R4)并联连接。
[0011] 进一步地，所述储能电容与所述旁路模块之间还串设有用于防止储能电容回流的 二极管。
[0012] 进一步地，还包括启动控制模块，所述启动控制模块包括低压监视单元和与所述 第一整流模块直流侧并联的短路支路;所述低压监视单元用于监视CT取能线圈电流，当CT 取能线圈电流小于设定电流值时控制所述短路支路导通，以短路所述第一整流模块的输 出；所述短路支路上串联有短路开关管（1DK2)，所述低压监视单元的输出端控制连接所述 短路开关管(1DK2)的控制端。
[0013] 进一步地，所述低压监视单元包括第二整流模块、控制支路和导通支路，所述第一 整流模块的输入端通过电压/电流取样互感器与第二整流模块的输入端连接，所述第二整 流模块的输出端与所述控制支路连接，所述控制支路串设有第一稳压管（1W1)和第一电阻 (1R2)，所述第二整流模块的输出端还连接有采样电阻（1R1)，所述采样电阻（1R1)与所述控 制支路并联;所述导通支路串设有第一开关管（1DK1)和第二电阻（1R3)，所述第一稳压管 (1W1)与第一电阻（1R2)的连接点连接第一开关管（1DK1)的控制端，所述第一开关管（1DK1) 的一端与所述第二电阻（1R3)的连接点与所述短路开关管(1DK2)的控制端连接。
[0014] 进一步地，所述输出模块包括触发支路和稳压输出支路，所述触发支路包括第四 稳压管(3W1)和触发电阻(3R2)，所述第四稳压管(3W1)和触发电阻(3R2)的连接点与第三开 关管(3DK1)的控制端连接，所述第三开关管(3DK1)通过晶闸管与所述稳压输出支路连接， 用于触发晶闸管（3T)的导通，所述稳压输出支路串设有第五稳压管（3W2)和稳压电阻 (3R4)，所述第五稳压管(3W2)与电源供电端连接，用于为负载供电。
[0015] 进一步地，所述第五稳压管(3ff2)和稳压电阻(3R4)的连接点与第四开关管(3DK2) 的控制端连接，用于根据设定的电压值的大小控制第三开关管的导通与关断，进而控制供 电电源的输出电压与所述第五稳压管(3W2)两端的电压保持一致。
[0016] 本发明还提供了一种防过压电路，包括用于与所述防过压电路的输入端连接的前 级模块和用于与防过压电路的输出端连接的储能电容，所述储能电容用于并联连接输出模 块，所述输出模块包括用于连接负载的输出接口，还包括与储能电容并联的高压监视模块， 以及与储能电容并联的旁路模块，所述高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容 电压大于设定电压值时控制所述旁路模块投入，以旁路所述前级模块的输出。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 本发明提供了一种交流电流CT取能装置，包括与储能电容并联的高压监视模块， 以及与储能电容并联的旁路模块，高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电压 A于设定电压值时控制旁路模块投入，以旁路第一整流模块的输出。本发明的交流电流CT 取能装置在CT取样电流较大时，将储能电容旁路，避免为储能电容继续充电，使储能电容的 工作电压在一定的范围内，保证了交流电流CT取能装置的稳压性能，防止了若ct电流较大 时，其输出的功率较高，造成负载的电压波动很大，将损坏设备。
[0019]进一步地，还包括低压监视单元，用于当CT取样电流较小时，将储能电容短路，不 为储能电容充电，避免了输出较低的输出功率不能维持负载正常的功耗，造成负载电压波 动很大，损坏设备。
[0020]本发明的一种防过压电路，包括与储能电容并联的高压监视模块，以及与储能电 容并联的旁路模块，高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电压 值时控制旁路模块投入，以旁路所述前级模块的输出。在CT取样电流较大时，将储能电容旁 路，避免为储能电容继续充电，使储能电容的工作电压在一定的范围内，保证了交流电流CT 取能装置的稳压性能，防止了若CT电流较大时，其输出的功率较高，造成负载的电压波动很 大，将损坏设备。
附图说明
[0021]图1为本发明的交流电流CT取能装置的原理图；
[0022]图2为本发明的交流电流CT取能装置的电路图；
[0023]图3为CT取能电流启动门槛控制的电路图；
[0024]图4为CT取能电流启动门槛控制及稳压电路图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
[0026] 本发明的一种交流电流CT取能装置的实施例：
[0027] 一种交流电流CT取能装置，如图1所示，包括CT取能线圈、第一整流模块D1-D4、储 能电容Cs和输出模块，CT取能线圈与第一整流模块D1-D4的交流侧连接，第一整流模块01_ D4的直流侧与储能电容Cs并联连接，储能电容Cs还并联连接有输出模块，输出模块包括用 于连接负载的输出接口，还包括与储能电容Cs并联的高压监视模块，以及与储能电容&并 联的旁路t吴块，尚压监视t吴块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电压值时 控制旁路模块投入，以旁路第一整流模块D1-D4的输出。
[0028]高压监视模块包括串联的第二稳压管2W1和第一分压电阻2R3;旁路模块包括旁路 电阻2R1和旁路开关管2DK1;第一分压电阻2R3的分压端通过第三稳压管2W2与旁路开关管 2DK1的控制端连接，用于当第三稳压管2W2击穿时触发导通旁路开关管2DK1。第一分压电阻 2R3还串联第二分压电阻2M;高压控制模块还包括有持续导通支路，持续导通支路用于在 旁路开关管2DK1导通后短路第二分压电阻2R4。持续导通支路包括一个光耦元件m，光耦元 件U1的原边与旁路电阻2R1并联，光耦元件U1的副边与第二分压电阻2R4并联连接。储能电 容与旁路模块之间还串设有用于防止储能电容回流的二极管2D1。
[0029]交流电流CT取能装置还包括启动控制模块，启动控制模块包括低压监视单元和与 第一整流模块D1-D4直流侧并联的短路支路;低压监视单元用于监视CT取能线圈电流，当CT 取能线圈电流小于设定电流值时控制短路支路导通，以短路第一整流模块奶-沉的输出。短 路支路上串联有短路开关管1DK2,低压监视单元的输出端控制连接短路开关管1DK2的控制 端。低压监视单元包括第二整流模块1D、控制支路和导通支路，第一整流模块D1-D4的输入 端通过电压/电流取样互感器CT与第二整流模块1D的输入端连接，第二整流模块1D的输出 端与控制支路连接，控制支路串设有第一稳压管1W1和第一电阻1R2,第二整流模块D1-D4的 输出端还连接有采样电阻1R1，采样电阻1R1与控制支路并联；导通支路串设有第一开关管 1DK1和第二电阻1R3,第一稳压管1W1与第一电阻1R2的连接点连接第一开关管1DK1的控制 端，第一开关管1DK1的一端与第二电阻1R3的连接点与短路开关管1DK2的控制端连接。
[0030]输出模块包括触发支路和稳压输出支路，触发支路包括第四稳压管3町和触发电 阻3R2，第四稳压管洲1和触发电阻3R2的连接点与第三开关管3DK1的控制端连接，第三开关 管3DK1通过晶闸管抑与稳压输出支路连接，用于触发晶闸管3T的导通，稳压输出支路串设 有第五稳压管洲2和稳压电阻抓4,第三稳压管与电源供电端连接，用于为负载供电；第五稳 压管3W2和稳压电阻3R4的连接点与第四开关管3DK2的控制端连接，用于根据设定的电压值 的大小控制第三开关管的导通与关断，进而控制供电电源的输出电压与说书第五稳压管两 端的电压保持一致。
[0031] 本发明的交流电流CT取能装置的工作过程为，如图2、图3所示:在CT的二次输出电 流侧串联的电流/电压取样互感器的输出信号经整流桥1D及采样电阻1R滤波电容1C后变换 为直流电压，该电压与CT的二次输出电流成线性关系。采样电压经有稳压管1W1，1R2，1R3， MOS管1DK1，大功率开关管1DK2组成的低压控制模块后，控制CT的输出电流必须达到一定的 值后开关管1DK2才能关断。如果CT的输出电流经采样电阻1R1转换成采样的采样电压小于 设定的电压值时，大功率开关管1DK2始终处于导通状态，CT二次电流经D1-D4二极管整流后 经开关管DK2旁路，不能给后面的储能电容充电，后级也就没有输出电压。这里可控硅1DK1 为MOS管BSS129系列，其特性是当其控制极GS的电压为0V时，开关管BSS129导通，开关管DS 两端为0电阻。当控制极GS的电压为负值且小于-2V左右时，开关管关断，DS两端呈阻断状 态。如图1所示，当电流互感器BT输出的电流在采样1R1上的电压大于稳压管1W1+2V时，开关 管1DK就处于关断状态。1R3上的压降为零，开关管1DK2就关断。反之，当电流互感器BT输出 的电流在采样1R1上的电压小于稳压管1W1+2V时，开关管1DK始终处于导通状态，1R3上的压 降为1R1两端的电压，开关管1DK2就一直导通，从而旁路储能电容器Cs，CT的二次输出电流 经D1-D4整流后直接经开关管1DK2旁路，不对储能电容器充电，后级的输出电源自然没有工 作。
[0032] 如图2、图4所示：当CT二次输出电流达到启动门槛后，大功率开关管1DK2关断，CT 的二次输出电流经D1-D4二极管整流后给储能电容Cs充电。稳压管2W1、电阻2R4、2R3组成的 电压控制电路控制开关管2DK1的导通。当Cs端电压超过稳压管2W1的稳压值后，二者的电压 差由电阻2R4和2R3分压，当2R3的电压达到稳压管2W2的门槛电压后，大功率管2DK1导通，CT 的二次电流经小阻值大功率电阻2R1和开关管2DK1旁路，不再对电容器Cs充电，从而保护电 容器的最高电压不超过设计值。也就是说，当电容器Cs端电压达到2W1+2W2+2R4/2R3*2W2 后，开关管2DK1导通，CT的二次电流经小阻值大功率电阻2R1和开关管2DK1旁路，不再对电 容器Cs充电。同时，CT二次输出电流经电阻2R1产生的电压控制光耦U1导通，光耦的输出旁 路分压电阻2R4,从而抬高了电阻2R3的电压，使开关管2DK1继续导通，防止当储能电容的放 电电压降到使开关管2DK1关断的电压时，此时CT二次输出电流会对储能电容Cs充电补充能 量，但是此时储能电容不需要补充能量的，那么就会造成对储能电谷的过充，损坏电容器 件。当电容器电压降到稳压管2W1和稳压管2W2电压之和时，开关管2DK1的控制电压为零，开 关管2DK1关断，CT二次输出电流重新对储能电容Cs充电补充能量。以上电路使电容器Cs端 电压始终维持在：2W1+2W2与2W1+2W2+2R4/2R3+2W2之间，其中2W1+2W2+2R4/2R3*2W2的电压 之和就是电阻2R2、2R4、2W1的电压之和。
[0033] 如图2所示:有3W1，3W2、3R1-3R5、开关管3DK1、3DK2，可控硅3T等元件组成的电路， 把储能电容器积累的高电压能量变换负载需要的低压控制电源，供给负载。其工作原理是， 当高压电容端电压达到3W1的设计值后，开关管3DK1导通，给可控硅3T提供触发信号，储能 电容器Cs的电压经3R4、稳压管3W2、可控硅3T构成回路导通，由于可控硅3T—直承受的是正 向电压，且门极一直有触发电压，可控硅3T—直维持导通。开关管3DK2控制负载输出电压与 稳压管3W2的电压基本保持一致，为负载提供稳定的电压。
[0034]本发明还提供了一种防过压电路，包括用于与防过压电路的输入端连接的前级模 块和用于与防过压电路的输出端连接的储能电容，储能电容用于并联连接输出模块，输出 模块包括用于连接负载的输出接口，还包括与储能电容并联的高压监视模块，以及与储能 电容并联的旁路模块，高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电 压值时控制旁路模块投入，以旁路前级模块的输出。该前级模块为CT取能线圈与第一整流 电路D1-D4的组合，坐作为其他实施方式，前级模块也可以为其他的结构。
[0035]本发明的防过压电路，在CT取样电流较大时，将储能电容旁路，避免为储能电容继 续充电，使储能电容的工作电压在一定的范围内，保证了交流电流CT取能装置的稳压性能， 防止了若CT电流较大时，其输出的功率较高，造成负载的电压波动很大，将损坏设备。
[0036]由于本发明的防过压电路的具体实施方式己经在上述实施例中进行了详细的说 明，在这里不再赘述。
[0037]以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明 的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各 种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况 下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种交流电流CT取能装置，包括CT取能线圈、第一整流模块、储能电容和输出模块， 所述CT取能线圈与第一整流模块的交流侧连接，第一整流模块的直流侧与储能电容并联连 接，储能电容还并联连接有输出模块，所述输出模块包括用于连接负载的输出接口，其特征 在于，还包括与储能电容并联的高压监视模块，以及与储能电容并联的旁路模块，所述高压 监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电压大于设定电压值时控制所述旁路模块投 入，以旁路所述第一整流模块的输出。
2. 根据权利要求1所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述高压监视模块包括串 联的第二稳压管(2W1)和第一分压电阻(2R3);所述旁路模块包括旁路电阻(2R1)和旁路开 关管（2DK1);所述第一分压电阻（2R3)的分压端通过第三稳压管（2W2)与所述旁路开关管 (2DK1)的控制端连接，用于当所述第三稳压管（2W2)击穿时触发导通所述旁路开关管 (2DK1) 〇
3. 根据权利要求2所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述第一分压电阻(2R3) 还串联第二分压电阻(2R4);所述高压控制模块还包括有持续导通支路，所述持续导通支路 用于在旁路开关管(2DK1)导通后短路所述第二分压电阻(2R4)。
4. 根据权利要求3所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述持续导通支路包括一 个光耦元件，光耦元件的原边与所述旁路电阻并联，光耦元件的副边与所述第二分压电阻 (2R4)并联连接。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述储能电容与 所述旁路模块之间还串设有用于防止储能电容回流的二极管。
6. 根据权利要求1所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，还包括启动控制模块，所 述启动控制模块包括低压监视单元和与所述第一整流模块直流侧并联的短路支路;所述低 压监视单元用于监视CT取能线圈电流，当CT取能线圈电流小于设定电流值时控制所述短路 支路导通，以短路所述第一整流模块的输出;所述短路支路上串联有短路开关管（1DK2)，所 述低压监视单元的输出端控制连接所述短路开关管(1DK2)的控制端。
7.根据权利要求6所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述低压监视单元包括第 二整流模块、控制支路和导通支路，所述第一整流模块的输入端通过电压/电流取样互感器 与第二整流模块的输入端连接，所述第二整流模块的输出端与所述控制支路连接，所述控 制支路串设有第一稳压管（1W1)和第一电阻（1R2)，所述第二整流模块的输出端还连接有采 样电阻（1R1)，所述采样电阻（1R1)与所述控制支路并联;所述导通支路串设有第一开关管 (1DK1)和第二电阻（1R3)，所述第一稳压管（1W1)与第一电阻（1R2)的连接点连接第一开关 管（1DK1)的控制端，所述第一开关管（1DK1)的一端与所述第二电阻（1R3)的连接点与所述 短路开关管(1DK2)的控制端连接。 S.根据权利要求1所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述输出模块包括触发支 路和稳压输出支路，所述触发支路包括第四稳压管(3W1)和触发电阻(3R2)，所述第四稳压 管（3W1)和触发电阻（3R2)的连接点与第三开关管（3DK1)的控制端连接，所述第三开关管 (3DK1)通过晶闸管与所述稳压输出支路连接，用于触发晶闸管(3T)的导通，所述稳压输出 支路串设有第五稳压管(3W2)和稳压电阻(3R4)，所述第五稳压管(3W2)与电源供电端连接， 用于为负载供电。
9.根据权利要求8所述的交流电流CT取能装置，其特征在于，所述第五稳压管(3W2)和 稳压电阻(3R4)的连接点与第四开关管(3DK2)的控制端连接，用于根据设定的电压值的大 小控制第三开关管的导通与关断，进而控制供电电源的输出电压与所述第五稳压管（3W2) 两端的电压保持一致。
10.—种防过压电路，包括用于与所述防过压电路的输入端连接的前级模块和用于与 防过压电路的输出端连接的储能电容，所述储能电容用于并联连接输出模块，所述输出模 块包括用于连接负载的输出接口，其特征在于，还包括与储能电容并联的高压监视模块，以 及与储能电容并联的旁路模块，所述高压监视模块用于监视储能电容电压，当储能电容电 压大于设定电压值时控制所述旁路模块投入，以旁路所述前级模块的输出。
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