CN108123524A - 一种供电电路及电力监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电电路及电力监控系统。本申请所提供的供电电路减少了电力监控系统施工为供电而消耗的人力成本和设备成本开支,并简化设备的线路,减少了施工过程对原有建筑环境的破坏；直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，无论被测电力系统是单相220V，110V，还是三相380V,或其他更高的电压比如6.6KV,其供电形式均不变，适用性广。所提供的电力监控系统利用本申请所提供的供电电路进行供电，减少了人力成本和设备成本，可以直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，简化了系统结构。

Description

一种供电电路及电力监控系统

技术领域

本发明涉及一种供电电路及电力监控系统。

背景技术

电力输电电路采用一般为高空架线，输电线路在运行过程中受外界环境的影响往往导致某些线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断股，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等。其中导地线疲劳断股是架空输电线路普遍发生的问题，严重时需要将全线路更换为新导线。导致输电线路发生故障重要原因之一为微风振动。

导致输电线路疲劳损坏或磨损等事故通常是经过一定时间而成，虽有检修人员定期对输电线路进行检修，但在输电线路完全疲劳损坏或磨损之前，很难用肉眼察觉到，一旦产生事故后，则表明输电线路因疲劳引起严重的损坏，如断股。

为了解决上述问题，现有技术采用在线监测与故障诊断方式对输电线路进行实时检测，及时有效地发现输电线路所存在的安全隐患，以提高输电线路的运行安全性及可靠性。现有的在线监测系统配有用于采集输电线路上的电流情况，再将所采集到的电流情况通过无线传感技术或RS323通信线上传至监测中心用于数据处理，以供监控人员分析、监控。现有的监测系统在进行在线监测，为了简化线路布线问题，多数采用无线通讯方式传输数据，通过在监测系统中加入无线通信模块，如Zigbee模块，WIFI模块，NB-IOT通讯芯片，配合路由器配合即可将在线监测数据上传至监控中心。

整个监测系统中，为系统中各模块供电是较为麻烦的一项工程，需要独立布设供电线路为监测系统中各耗能器件提供工作电压，保证整个监测系统的正常运行。现有的监测系统中配合变压器将输电线输出的电压转换成低压接入配电箱，通过导线将配电箱中的电压再通过导线引入稳压模块，经稳压后的电压再向监测系统中各耗能器件提供工作电压，供电布线麻烦，所需设备较多，造成人力成本和设备成本较高。

发明内容

本发明在此的目的在于提供一种结构简单的供电电路，通过该供电电路能够简化现有电力监控系统供电线路的布线，且不需配合大型配电箱、变压器等设备，也不需要配置导线将配电箱中的电压输入监测系统为各耗能器件提供工作电压，从而减少人力成本和设备成本。

在此，本申请还提供了一种电力监控系统，该系统利用本申请所提供的供电电路进行供电，减少人力成本和设备成本，可以直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，使系统结构简单。

为了实现本发明的目的，在此所提供供电电路包括电流互感器，所述电流互感器的感应线圈的输出端为整个供电电路的输出端，用于连接负载；所述电流互感器的感应线圈输入匝数与输出匝数之比与所述电流互感器输入端所感应到的电流强度成反比。

本申请所提供的供电电路通过电流互感器,利用微弱的互感电流,为监控系统中各耗能器件提供工作电压,减少了电力监控系统施工为供电而消耗的人力成本和设备成本开支,并简化设备的线路,减少了施工过程对原有建筑环境的破坏。同时，通过电流互感器可以直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，无论被测电力系统是单相220V，110V，还是三相380V,或其他更高的电压比如6.6KV,其供电形式均不变，适用性广。

进一步的，还包括连接于所述电流互感器的感应线圈的输出端与负载之间的稳压电路，所述稳压电路包括电阻RL、稳压二极管D1和稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的阳极与所述电流互感器的次级线圈的同名端连接，所述稳压二极管D2的阴极与所述稳压二极管D1的阴极连接，所述稳压二极管D1的阳极通过所述电阻RL连接至所述电流互感器的次级线圈的异名端；所述电阻RL与所述电流互感器的次级线圈的异名端连接的一端和所述稳压二极管D2的阳极作为稳压电路的输出端。由于电流互感器开路会导致次级线圈产生高压，危害人员和设备安全，在此，设计RL作为次级线圈负载，再通过二极管进行稳压，有效地避免了电流互感器开路而导致次级线圈电压过高而造成人员和设备危险；同时在电阻RL两端产生的电动势可直接为负载进行供电。

进一步的，还包括连接于所述稳压电路输出与负载之间的电压倍增电路，所述电压倍增电路包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D3、二极管D4和二极管D5；所述电容C1的第一极板与所述稳压电路中电阻RL作为输出端的一端连接，所述电容C1的第二极板分别与所述二极管D3的阳极、所述电容C2的第一极板和所述二极管D4的阴极连接；所述电容C2的第二极板与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D3的阴极与所述稳压电路的另一端输出连接，所述二极管D3的阴极还通过所述电容C3与所述二极管D4的阳极以及所述二极管D5的阴极连接；所述二极管D4的阴极和所述二极管D5的阳极为电压倍增电路的负压输出端Vol-和正压输出端Vol+。由于电流互感器所感应到的电流强度有所变化，在电流低于5A时，供电电路所输出的电压可能无法达到负载所需电压，通过3级二极管和电容共同作用，获得更高的直流波动电压，解决了因感应电流较低而导致不满足供电要求的问题。

进一步的，还包括连接于所述电压倍增电路输出与负载之间的浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路包括电容C4、稳压二极管D6、瞬态抑制二极管D7和瞬态抑制二极管D8；所述电容C4和稳压二极管D6并联于所述负压输出端Vol-和所述正压输出端Vol+之间，所述瞬态抑制二极管D7的阴极和所述瞬态抑制二极管D8的阴极连接，所述瞬态抑制二极管D7的阳极接所述正压输出端Vol+，所述瞬态抑制二极管D8的阳极接所述负压输出端Vol-；所述瞬态抑制二极管D7的阳极作为正压输出端Vo2+输出正压，所述瞬态抑制二极管D8的阳极作为负压输出端Vo2-输出负压。

由于电力线上的电流具有不确定性，RL的电压经过倍增后，其电压有可能大于负载所能承受的电压，故在为负载提供电压之前对电压作一定的限压措施，同时，电路上也存在一定的浪涌电流，这个电流转换为电压后，也会输出加载于负载上，为此本申请增加一浪涌抑制电路，通过稳压二极管，以及瞬态抑制二极管(TVS)；TVS管在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏，抵消了这上述两种影响。

进一步的，还包括充电电池，所述正压输出端Vo2+和所述负压输出端Vo2-输出的电压经充电电路向充电电池充电，所述充电电池为备用电源，在主电源不工作时，向负载提供工作电压。为了解决电流互感器无电流流经时，即无法产生感应电流而无法为负载供电的问题，本申请增加一充电电池作为备用电池，在电流互感器中没有感应电流流经时，可以通过充电电池向负载供电，解决了供电不持续的问题。配合充电电路可以在电流互感器中有电流流经时向充电电池充电，保证了充电电池持续有电，更好地解决了供电不持续的问题。

进一步的，在所述正压输出端Vo2+和所述负压输出端Vo2-和所述充电电路之间还包括一电路选择电路，所述电路选择电路包括电压比较器U1和三极管Q1，所述电压比较器U1的正向输入端输入参考电压，反向输入端输入所述正压输出端Vo2+所输出的电压，所述电压比较器U1的输出端控制三极管Q1的导通与截止；反向输入端输入的电压大于参考电压时，所述电压比较器U1输出的信号使三极管Q1关闭，所述充电电池停止输出，所述充电电路为所述充电电池充电，正压输出端Vo2+为负载供电；反向输入端输入的电压小于参考电压时，所述电压比较器U1输出的信号使三极管Q1导通，所述充电电路停止向所述充电电池充电，所述充电电池输出电压为负载供电。通过电路选择电路提高了整个电路的智能化，通过流经电流互感器的有无自动选择负载供电电源。

进一步的，所述电路选择电路还包括一二极管D9，所述二极管D9的阴极与所述三极管Q1的电源端连接，阳极与所述正压输出端Vo2+连接。二极管D9具有截止回流的作用，确保充电电池的电流不会回流入浪涌抑制电路的Vo2+端。

本申请另一目的所提供的电力监控系统包括用于感应被监控输电线上电流的常规互感器、用于预处理所述常规互感器感应电流的电力采集单元、微处理器、用于将感应电流上传至上位机的无线通信模块以及为电力采集单元、微处理器和无线通信模块供电的供电电路；所述供电电路为本申请所提供的任一供电电路，所述供电电路中的电流互感器布设于被监控输电线上，用于感应电流并供电。该系统利用本申请所提供的供电电路进行供电，减少了人力成本和设备成本，可以直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，使系统结构简单。

具体的，所述无线通信模块包括NB-IOT芯片。使本申请所提供的电力监控系统具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。

本申请的有益效果是：减少了电力监控系统施工为供电而消耗的人力成本和设备成本开支,并简化设备的线路,减少了施工过程对原有建筑环境的破坏；直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，无论被测电力系统是单相220V，110V，还是三相380V,或其他更高的电压比如6.6KV,其供电形式均不变，适用性广。

所提供的电力监控系统利用本申请所提供的供电电路进行供电，减少了人力成本和设备成本，可以直接在待监测输电线路上取电，与市电系统没有直接的电器连接，简化了系统结构。

本申请所提供的供电电路可以为任何需电设备进行供电，最好是用于电力监控系统中，便于电流互感器直接于输电线上取电，适用性更好，供电效果更好。

附图说明

图1为本发明所提供的供电电路的原理框图；

图2为发明所提供的稳压电路和电压倍增电路的电路图；

图3为本发明所提供的浪涌抑制电路的电路图；

图4为本发明所提供的电路选择电路的电路图；

图5为本发明所提供的电力监控系统的原理框图。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本申请所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

【实施方式一】

如图1所示，本申请所要求保护的技术方案是一种供电电路，该电路包括用于感应电流的电流互感器L1，该电流互感器L1包括铁芯和缠绕于铁芯上的感应线圈，铁芯为环形，便于电源线穿过，从而产生感应电流，感应线圈的输出端直接接负载为其供电。感应线圈的输入匝数与输出匝数之比与所述电流互感器输入端所感应到的电流强度不同而不同，如：若电流互感器L1所感应到的输入电流在10A以下，则电流互感器L1输入匝数与输出匝数之比为10000:1；若所感应到的输入电流在10～30A，则电流互感器L1输入匝数与输出匝数之比为5000:1,；若所感应到的输入电流在30～80A，则电流互感器L1输入匝数与输出匝数之比为2000:1；如果超过80A，则电流互感器L1输入匝数与输出匝数之比为1000:1。当然除了上述输入匝数与输出匝数比外，还可以根据所感应到的电流大小和负载所需电流确定电流互感器L1的匝数。

通过电流互感器L1，再结合感应电流原理即可将电流互感器L1初级线圈所感应到的电流耦合到次级线圈，再配合适合输入匝数与输出匝数之比，即可使次级线圈输出满足负载所需电流的电流，利用微弱的互感电流,为负载提供工作电压。

【实施方式二】

本实施方式是在实施方式一的基础上所作的进一步完善，在使用过程中，可能出现电流互感器L1开路的情况，此时会导致次级线圈产生高压，危害人员和设备安全，为此，本实施例为了避免电流互感器L1开路次级线圈产生高压对设备和人员造成危害，本实施方式加入一稳压电路，用于将电流互感器L1次级线圈所输出的电压稳定到一定电压，避免高压。其中稳压电路可以采用现有的任何一种能够稳定电压的电路，在此所采用的稳压电路包括电阻RL、稳压二极管D1和稳压二极管D2，其电路连接关系如图2所示。稳压二极管D2的阳极与电流互感器L1的次级线圈的同名端连接，稳压二极管D2的阴极与稳压二极管D1的阴极连接，稳压二极管D1的阳极通过电阻RL连接至电流互感器L1的次级线圈的异名端；电阻RL与电流互感器L1的次级线圈的异名端连接的一端和稳压二极管D2的阳极作为稳压电路的输出端。

电流互感器L1次级线圈输出的电流在电阻RL、稳压二极管D1、D2的作用下产生相对稳定的电势差，该电势差可直接通过输出端作用与负载上，为负载提供电压。电阻RL满足以下关系：

VL＝RL*IR (1)

IR＝I1/K (2)

式(2)中K为电流互感器的输出电流与输出电流之比。

其中RL与负载有关，根据负载的额定工作电压或最大工作电压确定。

【实施方式三】

本实施方式是在实施方式一或实施方式二的基础上作的进一步改进，为了使本申请所提供的供电电路能够在所感应到的电流强度低于5A，也能够有效保证供电，本实施方式在实施方式一或实施方式二的基础上增加一电压倍增电路，该倍增电路为一无源电压倍增器，其经过3级二极管和电容的共同作用使电路互感器L1或稳压电路输出的电压增压。

电压倍增电路的电路连接关系如图2所示，其包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D3、二极管D4和二极管D5；电容C1的第一极板与稳压电路中电阻RL作为输出端的一端连接，电容C1的第二极板分别与二极管D3的阳极、电容C2的第一极板和二极管D4的阴极连接；电容C2的第二极板与二极管D5的阳极连接，二极管D3的阴极与稳压电路的另一端输出连接，二极管D3的阴极还通过电容C3与所述二极管D4的阳极以及二极管D5的阴极连接；二极管D4的阴极和二极管D5的阳极为电压倍增电路的负压输出端Vol-和正压输出端Vol+。

【实施方式四】

本实施方式在实施方式三的基础上作得进一步改进，为了避免输出的电流/电压信号超过负载的最大额定值，导致加载于负载上的电流/电压造成负载的损坏，本实施方式增加一浪涌抑制电路，用于抑制电压。该浪涌抑制电路的电路原理结构图如图3所示，其包括了电容C4、稳压二极管D6、瞬态抑制二极管D7和瞬态抑制二极管D8；电容C4和稳压二极管D6并联于负压输出端Vol-和正压输出端Vol+之间，瞬态抑制二极管D7的阴极和瞬态抑制二极管D8的阴极连接，瞬态抑制二极管D7的阳极接所述正压输出端Vol+，瞬态抑制二极管D8的阳极接所述负压输出端Vol-；瞬态抑制二极管D7的阳极作为正压输出端Vo2+输出正压，瞬态抑制二极管D8的阳极作为负压输出端Vo2-输出负压。

电压增压电路的输出电压经浪涌抑制电路后接负载，有效地避免了加载于负载上的电流/电压超过负载最大额定值而造成负载损坏的情况。

以上几个实施方式中所提供的供电电路可以直接向用电负载供电，也可以通过充电电路向充电电池充电，将感应到的电信号存入充电电池，利用充电电池作为备用电源，当供电电路中电流互感器L1无感应电流时，无法提供负载所需电能后，可以通过充电电池向负载供电，有效地避免了供电不持续的问题。

其中，充电电路可以采用现有的任何一种，而充电电池可以采用锂电池。而为了使主电源和备用电源之间能够更智能的切换，在充电电路之前加入一电路选择电路，用于选择输出的电压经充电电路向锂电池充电和向负载供电，还是由充电电池直接向负载供电。该电路选择电路的电路原理图如图4所示，其包括了电压比较器U1和三极管Q1，电压比较器U1的正向输入端输入参考电压，反向输入端输入正压输出端Vo2+所输出的电压，电压比较器U1的输出端控制三极管Q1的导通与截止；反向输入端输入的电压大于参考电压时，电压比较器U1输出的信号使三极管Q1关闭，充电电池停止输出，充电电路为所述充电电池充电，正压输出端Vo2+为负载供电；反向输入端输入的电压小于参考电压时，电压比较器U1输出的信号使三极管Q1导通，充电电路停止向充电电池充电，充电电池输出电压为负载供电。

此外，为了避免充电电池中的电能回流，在电路选择电路中增加一二极管D9，二极管D9的阴极与三极管Q1的电源端连接，阳极与正压输出端Vo2+连接。三极管Q1可以采用晶体三极管，也可以采用场效应管。

本申请所记载的二极管可以采用任何耐压的二极管，如二极管的电压选择为4.2V，瞬态抑制二极管的击穿电压V(BR)则可以选择为5.1V～7V之间。

本申请所提供的供电电路可以为任何需电设备提供电压，在此以其向电力监控系统供电为例说明其工作原理，其中电力监控系统的原理框图如图5所示，其包括了用于感应被监控输电线上电流的常规互感器，常规互感器中的感应电流输入至电力采集单元进行放大处理，微处理器，用于将电流数据上传至上位机的无线通信模块以及为电力采集单元、微处理器和无线通信模块供电的供电电路；供电电路为本申请所记载的任一种供电电路，供电电路中的电流互感器L1布设于被监控输电线上，感应到的电流经电流互感器L1的初级、次级线圈作用后加载于微处理器、电力采集单元和无线通信模块为其提供工作电压。

电力监控系统中的无线通信模块包括了NB-IOT芯片，微处理器可以采用ARM单片机及其外围电路构成。常规互感器感应到被监控输电线上的电流，产生的感应电流输入电力采集单元后输入微处理器，微处理器最终将输入无线通信模块上传至监控中心内的上位机。

其中电力采集单元用于将常规互感器所感应到的电流进行放大处理，故本申请所记载的电力采集单元可以为现有的任何一款放大器或放大电路。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种供电电路，其特征在于：该电路包括电流互感器，所述电流互感器的感应线圈的输出端为整个供电电路的输出端，用于连接负载；所述电流互感器的感应线圈输入匝数与输出匝数之比与所述电流互感器输入端所感应到的电流强度成反比。

2.根据权利要求1所述的一种供电电路，其特征在于：还包括连接于所述电流互感器的感应线圈的输出端与负载之间的稳压电路，所述稳压电路包括电阻RL、稳压二极管D1和稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的阳极与所述电流互感器的次级线圈的同名端连接，所述稳压二极管D2的阴极与所述稳压二极管D1的阴极连接，所述稳压二极管D1的阳极通过所述电阻RL连接至所述电流互感器的次级线圈的异名端；所述电阻RL与所述电流互感器的次级线圈的异名端连接的一端和所述稳压二极管D2的阳极作为稳压电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种供电电路，其特征在于：还包括连接于所述稳压电路输出与负载之间的电压倍增电路，所述电压倍增电路包括电容C1、电容C2、电容C3、二极管D3、二极管D4和二极管D5；所述电容C1的第一极板与所述稳压电路中电阻RL作为输出端的一端连接，所述电容C1的第二极板分别与所述二极管D3的阳极、所述电容C2的第一极板和所述二极管D4的阴极连接；所述电容C2的第二极板与所述二极管D5的阳极连接，所述二极管D3的阴极与所述稳压电路的另一端输出连接，所述二极管D3的阴极还通过所述电容C3与所述二极管D4的阳极以及所述二极管D5的阴极连接；所述二极管D4的阴极和所述二极管D5的阳极为电压倍增电路的负压输出端Vol-和正压输出端Vol+。

4.根据权利要求3所述的一种供电电路，其特征在于：还包括连接于所述电压倍增电路输出与负载之间的浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路包括电容C4、稳压二极管D6、瞬态抑制二极管D7和瞬态抑制二极管D8；所述电容C4和稳压二极管D6并联于所述负压输出端Vol-和所述正压输出端Vol+之间，所述瞬态抑制二极管D7的阴极和所述瞬态抑制二极管D8的阴极连接，所述瞬态抑制二极管D7的阳极接所述正压输出端Vol+，所述瞬态抑制二极管D8的阳极接所述负压输出端Vol-；所述瞬态抑制二极管D7的阳极作为正压输出端Vo2+输出正压，所述瞬态抑制二极管D8的阳极作为负压输出端Vo2-输出负压。

5.根据权利要求4所述的一种供电电路，其特征在于：还包括充电电池，所述正压输出端Vo2+和所述负压输出端Vo2-输出的电压经充电电路向充电电池充电，所述充电电池为备用电源，在主电源不工作时，向负载提供工作电压。

6.根据权利要求5所述的一种供电电路，其特征在于：在所述正压输出端Vo2+和所述负压输出端Vo2-和所述充电电路之间还包括一电路选择电路，所述电路选择电路包括电压比较器U1和三极管Q1，所述电压比较器U1的正向输入端输入参考电压，反向输入端输入所述正压输出端Vo2+所输出的电压，所述电压比较器U1的输出端控制三极管Q1的导通与截止；反向输入端输入的电压大于参考电压时，所述电压比较器U1输出的信号使三极管Q1关闭，所述充电电池停止输出，所述充电电路为所述充电电池充电，正压输出端Vo2+为负载供电；反向输入端输入的电压小于参考电压时，所述电压比较器U1输出的信号使三极管Q1导通，所述充电电路停止向所述充电电池充电，所述充电电池输出电压为负载供电。

7.根据权利要求5所述的一种供电电路，其特征在于：所述电路选择电路还包括一二极管D9，所述二极管D9的阴极与所述三极管Q1的电源端连接，阳极与所述正压输出端Vo2+连接。

8.一种电力监控系统，其特征在于：包括用于感应被监控输电线上电流的常规互感器、用于预处理所述常规互感器感应电流的电力采集单元、微处理器、用于将感应电流上传至上位机的无线通信模块以及为电力采集单元、微处理器和无线通信模块供电的供电电路；所述供电电路为权利要求1-7任一项所述的供电电路，所述供电电路中的电流互感器布设于被监控输电线上，用于感应电流并供电。

9.根据权利要求8所述的一种电力监控系统，其特征在于：所述无线通信模块包括NB-IOT芯片。