CN110601315A - 高压电缆线芯温度测量系统的供电系统和方法 - Google Patents

高压电缆线芯温度测量系统的供电系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电力测量技术领域，提供了一种高压电缆线芯温度测量系统的供电系统和方法，该供电系统同时设置后备电池组、充电电池组和外部电源，监控三种电源的状态，根据各个电源的状态自动选择相应的电源进行供电，能够有效解决高压电缆内置测温系统工程实施过程中的电源问题。由于具备后备电池组、充电电池组和外部电源的管理切换功能，无论主干电缆有没有电，电流是否够大，都能够选择合适的工作模式，保持测温系统的正常运行。

Description

高压电缆线芯温度测量系统的供电系统和方法
技术领域
本发明涉及电力测量技术领域技术领域，尤其是涉及一种高压电缆线芯温度测量系统的供电系统和方法。
背景技术
高压电力电缆线芯温度测量系统，用于监测输电电缆(包括220KV，110KV，35KV，27.5KV等电压等级)接头处的电缆线芯的温度。现有的高压电力电缆线芯温度测量系统由内置在接头里的内置温度传感器和接头外的接收单元及控制单元组成；内置温度传感器需在做接头施工的过程中内置于接头内部，用于直接测量电缆线芯的温度，然后通过无线的方式，把温度数据发送到接头外的接收单元；控制单元为接收单元供电，并读取接收单元的温度数据，上报给监控平台。整个系统组成如图1所示。
该监测系统能够直接测量线芯的温度，比传统的光纤测温，红外测温等技术要更加精确。但是该测温系统的功耗比较大，最大功耗约10W，采用电池供电则无法长期工作，需要有外部供电才能够正常工作。实际工程中，由于部分电缆隧道中没有AC220/380V供电，在这样的隧道中通常采用CT取电来提供电源，如附图1所示。
采用CT取电带来一个问题：由于CT取电的特性，主干电缆中必须要有电流，并且电流需要足够大，CT取电装置才能够启动，直至输出足够的功率。
以某厂家的CT取电装置的技术参数为例：
1)额定工作频率(一次侧) ：50Hz；
2)额定电压范围(一次侧) ：(200V～500KV)AC；
3)额定工作电流范围(一次侧) ：(25～1200)A；
4)启动电流 ：16A；
5)输出电压 ：DC12V±1％(可定做)；
6)输出功率范围 ：0.5W-20W；
7)每单元最小输出功率 ：一次电流30A时2W；
:一次电流45A时5W；
：一次电流60A时10W；
：一次电流100A时20W；
由以上参数可见，主干电流到16A时，CT取电装置才开始有输出，到60A时，才能够输出10W的功率。
在实际工程实施中，施工过程中主干电缆是没有电的，直到整条线路全部施工验收完毕，其他条件也都满足时才会通电。并且通电后，刚开始电流可能很小，以后随着负荷的增大而逐渐加大。也有可能如地铁等供电线路，在地铁开行的时段，电流大，而到晚上地铁停止运行后，电流变的很小。这样的条件下，CT取电可能出现以下情况：一是主干电缆不通电，甚至是长期没有通电，CT取电装置无输出；二是主干电流比较小，CT取电输出功率不够，或者是主干电流变化大，CT取电输出功率也随之变化。出现第一种情况时，CT取电无输出，测温装置没有供电，不能正常工作；第二种情况，CT取电输出功率不够或者不稳定，导致测温装置不能稳定工作。
发明内容
本发明针对上述的两种情况，提出了一种高压电缆线芯温度测量系统的供电系统以及相应的供电方法。
具体地，一种高压电缆线芯温度测量系统的供电系统，包括后备电池组、外部电源输入接口、充电电池组以及控制单元，其中，控制单元包括电源管理及切换单元、控制单元电源电路、测温接收控制电路；
电源管理及自动切换单元的输入端分别连接后备电池组、充电电池组和外部电源输入接口，电源管理及自动切换单元的输出端分别连接控制单元电源电路和测温接收控制电路；测温接收控制电路接收由接收单元发送的电缆温度信息；外部电源输入接口接CT取电装置的输出端；
电源管理及自动切换单元分别监测后备电池组、充电电池组和外部电源的状态，根据监测到的上述状态信息自动控制选择由后备电池组、外部电源或充电电池为控制单元和/或测温接收控制电路供电。
优选地，后备电池是一次性干电池。
具体的供电方法为：
步骤1.监测外部电源是否有输入，若无，则进入步骤2，若有，则进入步骤3；
步骤2，监测充电电池的电压，若电压高，则进入步骤5，若电量低则进入步骤6；
步骤3，监测充电电池的电压，如电压低则进入步骤4，若电压高则进入步骤7和步骤8；
步骤4，由外部电源为充电电池充电，并持续进行步骤3；
步骤5，由充电电池供电，并持续进行步骤2；
步骤6，由后备电池供电；
步骤7，关闭充电电路；
步骤8，由外部电源供电，并持续进行步骤9；
步骤9，监测外部电源的功率，若功率足够大且稳定，则进入步骤10，若功率小或不稳定则进入步骤2；
步骤10，由外部电源持续供电。
步骤10，由外部电源持续供电。
优选地，采用后备电池供电时可采用间歇式的供电方式；
优选地，当外部电源的功率较小或不稳定从而采用充电电池供电时，可以采用间歇式的供电方式，并且在间歇期间选择由外部电源向充电电池组充电。
采用本发明的高压电缆线芯温度测量系统的供电系统，能够有效解决高压电缆内置测温系统工程实施过程中的电源问题。由于具备后备电池组、充电电池组和外部电源的管理切换功能，无论主干电缆有没有电，电流是否够大，都能够选择合适的工作模式，保持测温系统的正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是高压电力电缆线芯温度测量系统示意图；
图2是高压电力电缆线芯温度测量系统的供电系统图；
图3是高压电力电缆线芯温度测量系统的供电方法图；
图4是供电系统的电源管理电路图；
图5是控制单元的供电电路图；
图6是测温接收控制电路的供电电路图。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
参见附图2，一种高压电缆线芯温度测量系统的供电系统，包括后备电池组、外部电源输入接口、充电电池组以及控制单元，其中，控制单元包括电源管理及切换单元、控制单元电源电路和测温接收控制电路；
电源管理及自动切换单元的输入端分别连接后备电池组、充电电池组和外部电源输入接口，电源管理及自动切换单元的输出端分别连接控制单元电源电路和测温接收控制电路；测温接收控制电路接收由接收单元发送的电缆温度信息；外部电源输入接口接CT取电装置的输出端；
电源管理及自动切换单元分别监测后备电池组、充电电池组和外部电源的状态，根据监测到的上述状态信息自动控制选择由后备电池组、外部电源或充电电池为控制单元和/或温度测量系统。
进一步地，接收单元接收由布置在高压电缆内部的内置温度传感器发送的高压电缆接头处的温度信息。
本发明的高压电缆线芯温度测量系统的供电方法为，参考图3：
步骤1.监测外部电源是否有输入，若无，则进入步骤2，若有，则进入步骤3；
步骤2，监测充电电池的电压，若电压高，则进入步骤5，若电量低则进入步骤6；
步骤3，监测充电电池的电压，如电压低则进入步骤4，若电压高则进入步骤7和步骤8；
步骤4，由外部电源为充电电池充电，并持续进行步骤3；
步骤5，由充电电池供电，并持续进行步骤2；
步骤6，由后备电池供电；
步骤7，关闭充电电路；
步骤8，由外部电源供电，并持续进行步骤9；
步骤9，监测外部电源的功率，若功率足够大且稳定，则进入步骤10，若功率小或不稳定则进入步骤2；
步骤10，由外部电源持续供电。
优选地，当外部电源无输入采用后备电池供电时，电缆的测温系统可以采用间歇式的工作方式以节省电力。
优选地，当后备电池组电压不足时，控制单元发出低电量提示，提醒用户更换后备电池组。
优选地，采用后备电池供电时可采用间歇式的供电方式；
优选地，当外部电源的功率较小或不稳定从而采用充电电池供电时，可以采用间歇式的供电方式，并且在间歇期间选择由外部电源向充电电池组充电。
值得说明的是，外部电源接口接入CT取电装置的输出端，当电缆没有通电时，CT取电装置内部没有产生感应电流因而没有电力输出，外部电源接口无电力输入；当电缆通电后，CT取电装置产生感应电流有电力输出，从而外部电源有电力输入。
为了实现以上功能，具体电路结构如图4-6所示。其电源管理电路参见图4，其中，+15V为外部电源供电(来自CT取电装置)；充电电池组(如10节镍氢电池)电压控制在最大13.2V；后备电池组选用碱性电池，12节串联，电压为18V；
电源管理电路的CPU通过AD-EXT、AD-NHBAT、AD-ALBAT信号分别监控外部电源供电、充电电池电压和后备电池电压；
MOS开关管Q5，Q1构成充电电池组的充电控制电路，MOS开关管Q5的G极连接CPU的控制信号，S极接地，D极接Q1的G极，Q1的S极接外部电源，D极连接充电电池组。CPU根据前述的控制方法控制充电电池的充电，当BAT-CHARGE为高电平，MOS管Q5，Q1接通，为充电电池组充电；当BAT-CHARGE为低电平，MOS管Q5，Q1关断，停止为充电电池组充电。
同时，CPU通过BAT-SW信号控制充电电池对外供电；当CPU发现充电电池电压低于11.2V时，置低BAT-SW信号，关闭充电电池的供电；如果有外部供电，CPU启动对充电电池充电，当充电电池电压大于13.2V时，关闭充电，同时置高BAT-SW，恢复充电电池组的供电。
外部电源和充电电池供电的自动切换是由二极管D2和D3实现，当有外部电压，并且外部电压超过充电电池电压时，D2正偏，D3反偏，BAT-V和+12V电源由外部电源提供；当外部电源电压低于充电电池电压时，D2反偏，D3正偏BAT-V和+12V电源由充电电池提供。
控制单元电源电路如图5所示，ALBAT-V为碱性电池电源，通过线性低压差稳压器U2输出一个+5V，接到二极管D11的阳极，二极管D11的阴极接到线性低压差稳压器U5的输入端；+12V电源通过D10也接到U5；当有+12V的时候，即有外部电源或充电电池供电，D10正偏，D11反偏，U5的电源由+12V提供；当+12V电源没有的时候，即没有外部电源或者充电电池停止的时候，D11正偏，D10反偏，U5由碱性电池供电。其中，低压差线性稳压器U5，输出为3.3V，为控制单元内的电路，如CPU等电路供电。
测温接收控制电路的供电电路图如图6所示，Q3、Q7、D4组成碱性电池供电控制电路；Q4、Q8、D5组成BAT-V(由外部电源或充电电池提供)供电控制电路；当CPU监测到充电电池电压低于下限值的时候，置高ALBAT-SCT-SW信号，置低SCT-SW信号，开关管Q3、Q7接通，Q4、Q8关断，由碱性电池对测温接收控制电路供电；当充电电池电压高于一定阈值时，置低ALBAT-SCT-SW信号，置高SCT-SW信号，开关管Q3、Q7关断，Q4、Q8接通，由BAT-V对测温接收控制电路供电。
进一步地，外部电源可以是其他电源。
综上所述，整个系统工作过程如下：
当在电缆还没有通电时，CT取电装置没有输出，此时电源管理电路的CPU通过监测电源情况发现没有外部电源，则关闭充电电池组，由后备电池供电。这种情况下，测温接收控制电路可以采用间歇式工作，以节省电力；当电缆通电后，电源管理电路的CPU发现有外部供电，开启充电电池充电。充电电池充到足够的电能(电压上升到13.2V)时，则置高BAT-SW信号，并停止后备电池供电。如果此时外部电源功率不够，则电压会降低，电路自动切换到充电电池供电。CPU监视外部电源电压，如果功率足够且电压稳定，则由外部电源供电，测温部分正常持续工作。如果外部电源电压下降到充电电池电压+二极管D2的压降，则说明外部电源功率不足，由充电电池供电，此时也可以采用间歇式工作。并且还可以在工作的间隔，给充电电池充电。
采用本发明的高压电缆线芯温度测量系统的供电系统，能够有效解决高压电缆内置测温系统工程实施过程中的电源问题。由于具备后备电池组、充电电池组和外部电源的管理切换功能，无论主干电缆有没有电，电流是否够大，都能够选择合适的工作模式，保持测温系统的正常运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压电缆线芯温度测量系统的供电方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1.监测外部电源是否有输入，若无，则进入步骤2，若有，则进入步骤3；
步骤2，监测充电电池的电压，若电压高，则进入步骤5，若电量低则进入步骤6；
步骤3，监测充电电池的电压，如电压低则进入步骤4，若电压高则进入步骤7和步骤8；
步骤4，由外部电源为充电电池充电，并持续进行步骤3；
步骤5，由充电电池供电，并持续进行步骤2；
步骤6，由后备电池供电；
步骤7，关闭充电电路；
步骤8，由外部电源供电，并持续进行步骤9；
步骤9，监测外部电源的功率，若功率足够大且稳定，则进入步骤10，若功率小或不稳定则进入步骤2；
步骤10，由外部电源持续供电。
2.如权利要求1所述的供电方法，其特征在于，所述步骤6中采用后备电池供电和或在步骤5中采用充电电池供电时，可采用间歇式的供电方式。
3.如权利要求1所述的供电方法，其特征在于，所述的步骤5中，当外部电源的功率较小或不稳定从而采用充电电池供电时，可以采用间歇式的供电方式，并且在间歇期间选择由外部电源向充电电池组充电。
4.如权利要求1所述的供电方法，其特征在于，当所述的后备电池组电压不足时，发出低电量提示，提醒用户更换后备电池组。
5.如权利要求1-4之一所述的供电方法，其特征在于，所述的外部电源是CT取电装置，或其他外部电源。
6.采用如权利要求1-5之一所述的供电方法的高压电缆线芯温度测量系统的供电系统，其特征在于，包括后备电池组、外部电源输入接口、充电电池组以及控制单元，其中，控制单元包括电源管理及切换单元、控制单元电源电路、测温接收控制电路；
电源管理及自动切换单元的输入端分别连接后备电池组、充电电池组和外部电源输入接口，电源管理及自动切换单元的输出端分别连接控制单元电源电路和测温接收控制电路；测温接收控制电路接收由接收单元发送的电缆温度信息；外部电源输入接口接CT取电装置的输出端；
电源管理及自动切换单元分别监测后备电池组、充电电池组和外部电源的状态，根据监测到的上述状态信息自动控制选择由后备电池组、外部电源或充电电池组为控制单元和/或测温接收控制电路供电。
7.如权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述的后备电池是一次性干电池。
8.如权利要求6所述的供电系统，其特征在于，当所述的后备电池组电压不足时，控制单元发出低电量提示，提醒用户更换后备电池组。
9.如权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述的外部电源可替换为其他外部电源。
10.如权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述的电源管理及自动切换单元包括CPU，所述的CPU监控各电源的状态，并根据上述状态发送控制信号控制各电源的工作。
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