CN110208664A - 一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统。该发明旨在将直流电压通过电感式无线电能传输技术，高效的转化为用于不同电压等级的监测电力设备局部放电传感器低压用电。传统的电力设备局部放电监测传感器具有不同电压等级特性，试验接线过长，严重受到电源接线束缚，不可避免的造成电源线破损、火花等安全隐患。针对上述问题，本发明提出一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统。本发明操作简单、高效安全等特点，具有良好的用户友好性，可自适匹配不同品牌、电压等级的局部放电传感器，通过阶段性采集电力设备局部放电信号，有效降低局部放电传感器能耗。

Description

一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统

技术领域

本发明涉及一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

随着现代生活的需求，电网等级及其规模不断扩大，电力设备的检测、维护也愈发重要。如何应用先进、安全的测量技术实现运维高效和质量，既是电力部门亟需解决的重要问题，也是电气领域所关注的热点。

在现有技术中，电力设备的绝缘状态可通过局部放电试验进行测量评估，以及时发现设备的各类劣化过程的发展，避免电力设备劣化扩大，造成严重的电力事故。传统的局部放电传感器为接触充电方式，极大的限制了传感器的便携性，以及不同品牌和电压等级的传感器间的通用性，同时电源、信号接线存在磨损、漏电、火花等安全隐患。为解决上述问题，本发明提出一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统。

发明内容

本发明目的在于提出了一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，极大的提高电力设备局部放电试验中局部放电传感器的便携性、安全性和用户友好性。

本发明所要解决的技术问题用以下技术方案来实现：

一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，包括：变压器、局部放电传感器、无线充电发射板、无线充电接收板、电源线、信号线以及局部放电检测仪；

所述局部放电传感器紧贴所述变压器本体表面；

所述无线充电发射板位于所述无线充电接收板的正下方；

所述无线充电接收板托在所述局部放电传感器的底部；

所述无线充电接收板与所述无线充电发射板间为非接触式充电；

所述无线充电接收板通过电源线与所述局部放电传感器实现电气连接；

所述局部放电传感器检测出的局部放电信号通过所述无线通讯发射端给所述局部放电检测仪；

所述局部放电传感器采集到的局部放电信号通过所述信号线传输到所述无线充电接收板。

可选地，所述无线充电发射板包括：电池、逆变电路、原边补偿、耦合机构发射线圈、第一无线通讯接收端以及第一控制电路；

所述电池与所述逆变电路的一侧相连接；

所述逆变电路的另一侧与所述原边补偿的一侧相连接；

所述原边补偿的另一侧与所述耦合机构发射线圈相连接；

所述第一控制电路的一侧与所述逆变电路相连接；

所述第一控制电路的另一侧与所述第一无线通讯接收端相连接。

可选地，所述无线充电接收板包括：耦合机构接收线圈、副边补偿、整流电路、电流电压采样、电压输入器、A/D模块、第二控制电路、驱动电路以及无线通讯发射端；

所述耦合机构接收线圈与所述副边补偿的一侧相连接；

所述副边补偿的另一侧与所述整流电路的一侧相连接；

所述整流电路的另一侧与所述电流电压采样的一端相连接；

所述电流电压采样的一端与所述A/D模块相连接；

所述A/D模块的一端与所述电压输入器的一端相连接；

所述A/D模块的另一端与所述第二控制电路的一侧相连接；

所述第二控制电路的另一侧分别连接至与所述驱动电路和所述无线通讯发射端；

所述驱动电路的另一侧连接于所述副边补偿和所述整流电路之间。

可选地，所述逆变电路为全桥逆变器，采用MOS管串并联构成。

可选地，所述原边补偿采用LCC-C补偿器，即原边补偿采用电感Lf1、电容Cf1、C1串并联方式。

可选地，所述副边补偿采用LCC-C补偿器，即副边补偿采用电感Lf2、电容Cf2、C2串并联方式。

可选地，所述整流电路为全桥整流电路，采用MOS管串并联构成。

所述电池通过与高频逆变电路电气连接，将直流源转为交流，通过原边补偿器补偿后将交流传递给耦合机构，通过电磁感应原理，耦合机构实现无线电能传输，耦合机构接收端连接电容补偿网络，将电能传输至整流电路，输出为恒压特性的电压源。

在上述技术方案的基础上，保护电路实时监测副边传感器电压、电流，以及时调整驱动信号占空比、避免传感器处于欠压、过压工作状态。

在上述技术方案的基础上，无线充电系统通过控制电路的驱动信号占空比实现对不同型号、电压的局部放电传感器充电。

在上述技术方案的基础上，局部放电传感器的采集信号通过无线模块分别传递给局部放电监测仪及无线电能传输系统一次侧控制电路，实现阶段式信号采集。

所述逆变电路为全桥逆变器，采用MOS管，通过驱动信号实现MOS管的开断，完成直流到交流的转化。所述驱动信号由控制电路中DSP控制发出，该驱动信号占空比为50％。

所述补偿器为DLCC，即原、副边补偿均采用电感、电容串并联方式。

所述整流电路为全桥整流电路，采用MOS管，通过驱动信号实现MOS管的开断，完成直流到交流的转化。

所述实现不同电压的局部放电传感器充电，具体包括：

根据不同局部放电传感器电源需求，输入电压大小；

输入电压由A/D模块转化后，经DSP运算得出整流电路的驱动信号占空比；

驱动信号控制整流电路，实现不同电压的局部放电传感器充电。

所述保护电路，具体保护方法如下：

当局部放电传感器电压、电流偏大且未超过预设阈值上限K，则逐渐降低整流电路的驱动信号占空比；

当局部放电传感器电压、电流偏小且未低于预设阈值下限k，则逐渐增加整流电路的驱动信号占空比；

当局部放电传感器电压、电流偏大超过预设阈值上限K或偏小低于预设阈值下限k，则原边控制电路无驱动信号输出，逆变电路断开。

K、k的值与局放传感器正常工作电压、电流有关。以电压为例，如某类传感器正常工作电压为15-25V，该K为25，k为15。

所述局部放电传感器电压、电流信号通过采样电路采集、A/D转换、副边控制电路计算处理、副边无线通讯发射端发出信号、原边无线通讯接收端接收信号、原边控制电路处理，实现逆变电路和整流电路驱动信号控制。

所述局部放电传感器阶段式信号采集通过局部放电传感器周期性采集局部放电信号，当传感器采集到异常信号时，控制电路连续发出驱动信号，实现局部放电检测的灵敏性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体系统示意图；

图2是本发明的无线充电发射板和无线充电接收板的结构示意图；

图3是本发明的部分电路图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，包括变压器1、局部放电传感器2、无线充电发射板3、无线充电接收板4、电源线5、信号线6以及局部放电监测仪7。局部放电传感器2紧贴变压器1本体表面，无线充电接收板4托在局部放电传感器2底部，无线充电发射板3位于无线充电接收板4正下方，局部放电监测仪7位于几米远处的安全距离进行局部放电监测。无线充电接收板4与无线充电发射板3间为非接触式充电；无线充电接收板4通过电源线5与局部放电传感器2实现电气连接；局部放电传感器2监测出的局部放电信号通过无线通讯发射端49给局部放电监测仪7。

参见图2所示，无线充电发射板3包括电池31、逆变电路32、原边补偿33、耦合机构发射线圈34、第一无线通讯接收端35以及第一控制电路36；无线充电接收板4包括耦合机构接收线圈41、副边补偿42、整流电路43、电流电压采样44、电压输入器45、A/D模块46、第二控制电路47、驱动电路48以及无线通讯发射端49。

根据局部放电传感器2所需充电电压，对应在电压输入器45输入相应电压，输入电压由A/D模块46转化后，经第二控制电路47运算得出所需整流电路驱动信号占空比。逆变电路32的驱动信号占空比为50％。

所述电池31电源由频率为1MHz的逆变电路32将直流源转为交流电后，通过原边补偿33将交流电传递给耦合机构发射线圈34，利用电磁感应原理实现能量传输，耦合机构接收线圈41的电能经过副边补偿42、整流电路43转变为恒压特性的电压源，同时整流电路43通过驱动信号占空比完成电压源大小匹配，电压源通过电源线5与局部放电传感器2的连接，完成不同电压的充电。

所述局部放电传感器2采集到的局部放电信号通过信号线6传输到无线充电接收板4中的第二控制电路，并通过无线通讯发射端49向第二无线通讯接收端发出信号，实现局部放电信号的在线监测。

在上述监测系统基础上，保护电路具体保护方法如下：

当局部放电传感器2的电压、电流偏大且未超过预设阈值上限K，则逐渐降低整流电路的驱动信号占空比；

当局部放电传感器2的电压、电流偏小且未低于预设阈值下限k，则逐渐增加整流电路的驱动信号占空比；

当局部放电传感器2的电压、电流偏大超过预设阈值上限K或偏小低于预设阈值下限k，则原边控制电路无驱动信号输出，逆变电路32断开。

K、k的值与局放传感器正常工作电压、电流有关。以电压为例，如某类传感器正常工作电压为15-25V，该K为25，k为15。

在上述监测系统基础上，传感器分阶段式信号采集如下：

传感器未采集到变压器1局部放电信号时，无线电能传输系统其第二控制电路47以规定周期发出驱动信号，局部放电传感器2周期性采集局部放电信号；当局部放电传感器2采集到异常信号时，第二控制电路47连续发出信号，实现局部放电检测的灵敏性。

参见图3所示，上述逆变电路32为全桥逆变器，采用MOS管(VT1-VT4)；所述补偿器为LCC-C，即原边补偿33采用电感Lf1、电容Cf1、C1串并联方式，副边补偿42采用电感Lf2、电容Cf2、C2串并联方式；上述整流电路43为全桥整流电路，采用MOS管(VT5-VT8)。

Claims (7)

1.一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于，包括：变压器(1)、局部放电传感器(2)、无线充电发射板(3)、无线充电接收板(4)、电源线(5)、信号线(6)以及局部放电检测仪(7)；

所述局部放电传感器(2)紧贴所述变压器(1)本体表面；

所述无线充电发射板(3)位于所述无线充电接收板(4)的正下方；

所述无线充电接收板(4)托在所述局部放电传感器(2)的底部；

所述无线充电接收板(4)与所述无线充电发射板(3)间为非接触式充电；

所述无线充电接收板(4)通过所述电源线(5)与所述局部放电传感器(2)实现电气连接；

所述局部放电传感器(2)检测出的局部放电信号通过无线通讯发射端给所述局部放电检测仪(7)；

所述局部放电传感器(2)采集到的所述局部放电信号通过信号线(6)传输到所述无线充电接收板(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于，所述无线充电发射板(3)包括：电池(31)、逆变电路(32)、原边补偿(33)、耦合机构发射线圈(34)、第一无线通讯接收端(35)以及第一控制电路(36)；

所述电池(31)与所述逆变电路(32)的一侧相连接；

所述逆变电路(32)的另一侧与所述原边补偿(33)的一侧相连接；

所述原边补偿(33)的另一侧与所述耦合机构发射线圈(34)相连接；

所述第一控制电路(36)的一侧与所述逆变电路(32)相连接；

所述第一控制电路(36)的另一侧与所述第一无线通讯接收端(35)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于，所述无线充电接收板(4)包括：耦合机构接收线圈(41)、副边补偿(42)、整流电路(43)、电流电压采样(44)、电压输入器(45)、A/D模块(46)、第二控制电路(47)、驱动电路(48)以及无线通讯发射端(49)；

所述耦合机构接收线圈(41)与所述副边补偿(42)的一侧相连接；

所述副边补偿(42)的另一侧与所述整流电路(43)的一侧相连接；

所述整流电路(43)的另一侧与所述电流电压采样(44)的一端相连接；

所述电流电压采样(44)的一端与所述A/D模块(46)相连接；

所述A/D模块(46)的一端与所述电压输入器(45)的一端相连接；

所述A/D模块(46)的另一端与所述第二控制电路(47)的一侧相连接；

所述第二控制电路(47)的另一侧分别连接至所述驱动电路(48)和所述无线通讯发射端(49)；

所述驱动电路(48)的另一侧连接于所述副边补偿(42)和所述整流电路(43)之间。

4.根据权利要求2所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于：所述逆变电路(32)为全桥逆变器，采用MOS管串并联构成。

5.根据权利要求2所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于：所述原边补偿(33)采用LCC-C补偿器，即原边补偿(33)采用电感Lf1、电容Cf1、C1串并联方式。

6.根据权利要求3所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于：所述副边补偿(42)采用LCC-C补偿器，即副边补偿(42)采用电感Lf2、电容Cf2、C2串并联方式。

7.根据权利要求3所述的一种基于电感式无线电能传输的局部放电监测系统，其特征在于：所述整流电路(43)为全桥整流电路，采用MOS管串并联构成。