CN110460163A - 一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及感应取电技术，具体涉及一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，包括设置于高压输电线周围的磁场感应线圈，与磁场感应线圈连接的电能处理模块，与电能处理模块连接的储能电池模块，与储能电池模块连接的蓝牙通讯模块；磁场感应线圈，用于接收高压输电线周围磁场并转化为感应电动势；电能处理模块，用于处理磁场感应线圈中产生的感应电动势，输出直流电能；储能电池模块，用于存储直流电能；蓝牙通讯模块，用于检测储能电池模块工作状态，并将数据通过蓝牙发送至上位机。该系统解决了高压输电线路在线监测系统的供电。不受输电线路负荷的影响，取能稳定；结构简单、不受天气环境影响，便于安装与检修。

Description

一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统
技术领域
本发明属于感应取电技术领域，尤其涉及一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统。
背景技术
随着智能电网的迅速发展，输电线路在线监测的重要性也日益显现，而高压输电线路在线监测装置供电问题则是影响其稳定工作的关键问题之一。典型供能装置有电流互感器供能和太阳能供能，电流互感器是以收集输电线路磁场能作为能量来源，而太阳能电池是以收集太阳辐射的能量作为能量来源。但是电流互感器供能安装时，需将输电线路停电，操作过程复杂且取电效率易受输电线路负荷影响；太阳能供能造价昂贵，易受天气影响，安装也极其复杂。因此，设计一种低成本、操作简便、不受输电线路负荷及天气状况影响的新型高压输电线磁场能量收集系统对提高输电线路在线监测装置供电稳定性，降低运维成本具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足高压输电线路在线监测系统供电要求的能量收集系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：1、一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，包括设置于高压输电线周围的磁场感应线圈，与磁场感应线圈连接的电能处理模块，与电能处理模块连接的储能电池模块，与储能电池模块连接的蓝牙通讯模块；
磁场感应线圈，用于接收高压输电线周围磁场并转化为感应电动势；
电能处理模块，用于处理磁场感应线圈中产生的感应电动势，输出直流电能；
储能电池模块，用于存储直流电能；
蓝牙通讯模块，用于检测储能电池模块工作状态，并将数据通过蓝牙发送至上位机。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，还包括屏蔽外壳，屏蔽外壳内部形成部件安装腔；磁场感应线圈安装于屏蔽外壳外侧；电能处理模块、储能电池模块和蓝牙通讯模块均安装于部件安装腔内，且通过绝缘层与屏蔽外壳固定；屏蔽外壳通过接地线接地。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，磁场感应线圈采用多匝漆包线绕制，并用绝缘塑胶外壳封装，磁场感应线圈选取O型硅钢作为铁芯，以多匝铜制漆包线作为线圈绕制在铁芯上，并引出两个端口作为输出；磁场感应线圈置于已通电的单根或多根高压输电线下方。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，电能处理模块包括保护及降压电路、交流调压模块和整流滤波模块；保护及降压电路输入端与磁场感应线圈尾端连接，用于防止输入电压过大损坏后续器件；交流调压模块输入端与保护及降压电路输出端相连，用于调节交流电压；整流滤波模块输入端与交流调压模块输出端相联，用于将交流电转换成直流电输出至后续电路。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，保护及降压电路包括放电管、双向可控硅和电位器；放电管并联在电路输入端，用于防止线路雷击或短路给二次侧产生冲击电流对后面电路的破坏；双向可控硅并联在电路输出端，其作用是把二次侧输出的电压钳制在一定的范围内，以方便后级电路的处理；电位器与双向可控硅触发极并联，其作用是控制双向可控硅导通时间，从而控制二次侧的电压。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，交流调压模块包括2个方向相反的二极管并联，用于防止保护双向可控硅触发电压过小导致的发热严重现象。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，整流滤波模块包括整流部分和滤波部分；整流部分包括4个大功率二极管组成全桥式整流电路，滤波部分采用电容滤波电路，包括并联在电路中的两只电容，用于平滑输出到负载上的电压波形。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，储能电池模块包括充电管理电路和蓄能电池组，充电管理电路用于检测电池电量、控制电池充放电以及分析电压数据；储能电池模块输入端与整流滤波模块输出端相连，用于将整流滤波模块输出的直流电存储在蓄能电池组内；蓄能电池组选取大容量磷酸铁锂充电电池组。
在上述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中，蓝牙通讯模块由储能电池模块直接供电，其输入端连接充电管理电路输出引脚，以获取储能电池模块工作状况，并将数据通过蓝牙发送至上位机；蓝牙通讯模块采用AMR处理器进行控制。
本发明的有益效果：①不受输电线路负荷的影响，取能稳定；增强了高压输电线路在线监测系统供电稳定性。②该系统结构简单、不受天气环境影响，不需要与输电线路导线绑定，便于安装与检修。从而降低了高压输电线路在线监测系统运维成本。
附图说明
图1是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的示意图；
图2是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的工作原理图；
图3是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的保护及降压电路示意图；
图4是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的交流调压电路示意图；
图5是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的整流滤波稳压电路示意图；
图6是本发明一个实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统的储能电池模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，如图1所示，包括：磁场感应线圈110、电能处理模块120、储能电池模块130和蓝牙通讯模块140。
屏蔽外壳150，其内部形成部件安装腔，屏蔽外壳150可以选用铝制盒，并通过接地线接地，并且电能处理模块120、储能电池模块130和蓝牙通讯模块140均置于屏蔽外壳内，且通过绝缘层与屏蔽外壳固定。
优选地，屏蔽外壳150采用厚度为3mm金属铝材质，尺寸可为300×300×75mm，满足电磁屏蔽要求以及安全要求。
如图2所示，磁场感应线圈110用于接收输电线路周围磁场并转化为感应电动势，安装于屏蔽外壳150外侧，采用多匝漆包线绕制而成，并用绝缘塑胶外壳封装。磁场感应线圈选取特制的O型硅钢作为铁芯111，铁芯的直径可根据输电线路电压等级确定。以多匝铜制漆包线作为线圈112绕制在铁芯上，并引出两个端口作为输出。本系统工作时需将磁场感应线圈置于已通电的单根或多根高压输电线下方。
电能处理模块120安装于部件安装腔内，其输入端与磁场感应线圈尾端连接，用于对磁场感应线圈中产生的感应电动势进行处理，输出直流电能。
并且，电能处理模块120包括保护及降压电路121、交流调压模块122和整流滤波模块123。保护及降压电路121安装于部件安装腔内，其输入端与磁场感应线圈110尾端连接，用于防止输入电压过大损坏后续器件。
如图3所示，保护及降压电路121安装于部件安装腔内，其输入端与磁场感应线圈112输出端连接，用于防止输入电压过大损坏后续器件；若输入电流峰值过高则保护电路工作切断过大电流；若输入电流值正常，则输出至交流调压模块122进行进一步降压处理，再经过整流滤波模块123最后输出直流电压至储能电池模块130或者后续用电装置。保护及降压电路121主要由放电管、双向可控硅和电位器组成。其中：放电管，并联在电路输入端，作用是防止线路雷击或短路给二次侧产生冲击电流对后面电路的破坏；双向可控硅，并联在电路输出端，其作用是把二次侧输出的电压钳制在一定的范围内，以方便后级电路的处理；电位器，与双向可控硅触发极并联，其作用是控制双向可控硅导通时间，从而控制二次侧的电压。
如图4所示，交流调压模块122安装于部件安装腔内，其输入端与所述保护及降压电路输出端相联，用于进一步调节交流电压。交流调压模块主要由2个方向相反的二极管并联组成，可以有效防止保护及降压电路中双向可控硅触发电压过小导致的发热严重现象。
如图5所示，整流滤波模块123安装于部件安装腔内，其输入端与交流调压模块输出端相联，用于将交流电转换成直流电输出至后续电路。整流滤波模块中的整流部分由4个大功率二极管组成全桥式整流电路，而滤波部分采用电容滤波电路，将两只电容并在电路之中，当输入电压的幅值变化很大的时候，利用电容的充放电特性，输出到负载上的电压波形会变得平滑，利于后面直流变换电路把电压变换为直流电压。
如图6所示，储能电池模块130安装于部件安装腔内，其输入端与整流滤波模块123输出端相联，可将整流滤波模块123输出的直流电存储在电池组内。储能电池模块130包括充电管理电路和蓄能电池组，电池充电管理电路具有检测电池电量、控制电池充放电以及分析电压数据功能；蓄能电池组选取大容量磷酸铁锂充电电池组，其具有容量大、充电速度快、自放电少、无记忆效应和放电平台稳定等优点。本实施例中的可选用CN3058芯片应用电路作为充电管理电路控制蓄电池充放电，可激活深度放电的电池和减少功耗。在正常工作状态下，该模块可输出5V左右的供电电压。
蓝牙通讯模块140安装于部件安装腔内，由储能电池模块130直接供电，其输入端连接电池充电管理电路输出引脚，以获取电池工作状况，并将数据通过蓝牙发送至上位机。蓝牙通讯模块采用AMR处理器进行控制。
本实施例提出的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统中的屏蔽外壳150，其内部形成部件安装腔。蔽外壳为铝制盒，并通过接地线接地，保护及降压电路121、交流调压模块122、整流滤波模块123、储能电池模块130和蓝牙通讯模块140通过绝缘层与屏蔽外壳150固定。其系统整体体积小，便携性强，且使用时只需将系统置于高压输电线路下方，安装、使用简便，从而大大降低了运维成本。
具体实施时，本实施例新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，应放置于高压输电线下方，且磁场感应线圈110所在平面应与高压输电线平行，以保证此时刻通过线圈磁通量最大。因高压输电线所承载的交变电流会在输电线周围空间产生能量可观的时变磁场，故根据电磁感应定律，当磁场感应线圈110置于时变磁场内时在磁场感应线圈内部会产生交变的感应电动势，感应电动势经过电能处理模块120将交变感应电能转换为稳定的直流电存储至储能电池组130或者直接输送给用电设备。电能处理模块120中包括保护及降压电路121、交流调压电路122和整流滤波稳压电路123。蓝牙通讯模块140由储能电池模块130直接供电，可将储能电池的工作状态通过蓝牙发送至上位机。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，包括设置于高压输电线周围的磁场感应线圈，与磁场感应线圈连接的电能处理模块，与电能处理模块连接的储能电池模块，与储能电池模块连接的蓝牙通讯模块；
磁场感应线圈，用于接收高压输电线周围磁场并转化为感应电动势；
电能处理模块，用于处理磁场感应线圈中产生的感应电动势，输出直流电能；
储能电池模块，用于存储直流电能；
蓝牙通讯模块，用于检测储能电池模块工作状态，并将数据通过蓝牙发送至上位机。
2.如权利要求1所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，还包括屏蔽外壳，屏蔽外壳内部形成部件安装腔；磁场感应线圈安装于屏蔽外壳外侧；电能处理模块、储能电池模块和蓝牙通讯模块均安装于部件安装腔内，且通过绝缘层与屏蔽外壳固定；屏蔽外壳通过接地线接地。
3.如权利要求1所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，磁场感应线圈采用多匝漆包线绕制，并用绝缘塑胶外壳封装，磁场感应线圈选取O型硅钢作为铁芯，以多匝铜制漆包线作为线圈绕制在铁芯上，并引出两个端口作为输出；磁场感应线圈置于已通电的单根或多根高压输电线下方。
4.如权利要求1所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，电能处理模块包括保护及降压电路、交流调压模块和整流滤波模块；保护及降压电路输入端与磁场感应线圈尾端连接，用于防止输入电压过大损坏后续器件；交流调压模块输入端与保护及降压电路输出端相连，用于调节交流电压；整流滤波模块输入端与交流调压模块输出端相联，用于将交流电转换成直流电输出至后续电路。
5.如权利要求4所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，保护及降压电路包括放电管、双向可控硅和电位器；放电管并联在电路输入端，用于防止线路雷击或短路给二次侧产生冲击电流对后面电路的破坏；双向可控硅并联在电路输出端，其作用是把二次侧输出的电压钳制在一定的范围内，以方便后级电路的处理；电位器与双向可控硅触发极并联，其作用是控制双向可控硅导通时间，从而控制二次侧的电压。
6.如权利要求4所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，交流调压模块包括2个方向相反的二极管并联，用于防止保护双向可控硅触发电压过小导致的发热严重现象。
7.如权利要求4所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，整流滤波模块包括整流部分和滤波部分；整流部分包括4个大功率二极管组成全桥式整流电路，滤波部分采用电容滤波电路，包括并联在电路中的两只电容，用于平滑输出到负载上的电压波形。
8.如权利要求4所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，储能电池模块包括充电管理电路和蓄能电池组，充电管理电路用于检测电池电量、控制电池充放电以及分析电压数据；储能电池模块输入端与整流滤波模块输出端相连，用于将整流滤波模块输出的直流电存储在蓄能电池组内；蓄能电池组选取大容量磷酸铁锂充电电池组。
9.如权利要求8所述的新型线圈感应式高压输电线磁场能量收集系统，其特征是，蓝牙通讯模块由储能电池模块直接供电，其输入端连接充电管理电路输出引脚，以获取储能电池模块工作状况，并将数据通过蓝牙发送至上位机；蓝牙通讯模块采用AMR处理器进行控制。
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