CN111030312A - 高压母线感应取电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高压母线感应取电装置及方法，包括感应取电装置,电能处理装置；所述感应取电装置由两个C型磁芯组成，两个C型磁芯底部通过转轴连接,两个C型磁芯上部都设有突起,突起中间开孔,紧固螺栓穿过开孔固定磁芯,突起处设有耐热橡胶垫，使磁芯不完全封闭,两个C型磁芯任意一侧中部绕有线圈;所述电能处理装置包括智能泻放模块,所述智能泻放模块采用单片机控制场效晶体管通断，当输出电压高于某一限值时，点亮LED冷光源，将多余的能量释放。双C型开合结构，易于安装，缺口能有效抑制磁芯饱和;对于电流变化所产生的能量变化，能及时释放掉多余能量,用冷光源放置温度升高，维持感应线圈及电路电压的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及高压母线感应取电装置技术领域，特别是涉及一种用于开关柜内高压母线上感应取电装置及方法。
背景技术
当前，在变电站和开关柜中的载流母线、母排等电力设备及其结点在负载电流过大或表面出现氧化时会出现温升过高，长时间不加处理能使相邻的部件性能劣化，导致击穿、故障停电。一般变电所发生的重大事故中，很多都是由于母线或母线接头过热引起，造成设备损坏，电网停电事故，同时也可能造成生命财产的损失。通过监测母线接点、高压电缆接头、高压开关触点温度的运行情况，可有效防止高压输变电故障的发生，为实现安全生产提供有效保障。
当母排电压较高时，如10KV，电力温度测量此时处于高电压环境中，要求系统在短时间内允许过载运行，但必须在母线温度危及运行安全之前发出报警信号，并且温升是由负载电流引起的，温度随负载（时间）而变化，因此需要实时在线监测并按规定的时间间隔记录。但是由于测量高压母线温度，不允许有二次电源线和信号线与一次母线有附着和连接关系；并且要求设备能长时间独立运行，长时间工作于人不可接触的环境中。目前国内常见的几种高压电力测温方法分别是：示温蜡片法、红外线测温仪、光纤测温系统以及无线测温系统。其中无线测温系统采用无线传输方式，解决了一次回路和二次回路之间的链接和附着问题，极大地提高了高压用电安全，可通过构建的物联网系统实时传输数据，并可实现远程监控。无线测温系统的多方面的优越性使得其已成为高压电力测温系统发展的大势所趋。
现有的无线测温系统具有一个很大的缺点就是电源供电问题。当前的无线测温系统基本采用电池供电，电池的容量，寿命、电池尺寸和外观尺寸的制约，都对产品有很大的影响，同时为了节省能量，数据的收发间隔比较长。由于开关柜内空间有限，即使采用较大容量的电池和高能电池，并采用低功耗技术，电池的寿命一般为一至三年，因此给系统的维护带来了极大的困难和成本。同时在人员不易到达的环境中，维护或更换电池将变成不可能完成的事情，直接影响了产品的正常使用。为此，有不少国内外研究者希望寻求通过电磁感应直接从待测高压母线磁场获取能量作为高压侧低压设备电源的方案。这些方案中大都采用利用特殊电流互感器（CT）作为自励电源的方式，这些方式存在如下缺点：由于铁心闭合，当电流过大时容易出现饱和发热现象，导线中电流变化因此磁场变化，多余的能量处理方式不合理，一般会变成热能释放，对周围环境造成影响；同时全封闭的环形结构不利于安装，比如在已完工的母线上无法安装设备，影响了实用性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高压母线感应取电装置及方法，该装置采用如下方案：一种高压母线感应取电装置及方法，包括感应取电装置,电能处理装置；其特征在于，所述感应取电装置由两个C型磁芯组成，两个C型磁芯底部通过转轴连接, 两个C型磁芯上部都设有突起,突起中间开孔, 紧固螺栓穿过开孔固定磁芯, 突起处设有耐热橡胶垫，使磁芯不完全封闭, 两个C型磁芯任意一侧中部绕有线圈;所述电能处理装置包括智能泻放模块, 所述智能泻放模块采用单片机控制场效晶体管通断，当输出电压高于某一限值时，打开场效晶体管，点亮LED冷光源，将多余的能量释放,通过控制开关管的占空比将多余的能量释放出去。
进一步的，C型磁芯由硅钢片制作。
进一步的，C型磁芯主体为圆形或方形。
进一步的，所述单片机为STM32F130C8T6单片机，检测电路中电流和电压，同时控制开关管的打开和关断。
进一步的，整体电路完成后，对电路板以FM-107A\B双组分聚氨酯灌封胶灌胶，以防止静电干扰。
进一步的，所述场效晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
进一步的，还包括电流采样模块，采用0.1欧姆的康铜丝接于电流通路中，利用仪表放大器芯片AD623采集到康铜丝两端的电压，并进行滤波放大，得到和电流对应的电压值，连接到单片机AD采集模块。
进一步的，还包括电压采样模块，电压采样模块通过分压电阻直接获取一定比例的输出电压，连接到单片机AD采集模块。
进一步的，还包括充放电模块，充放电芯片采用TP51XX。
与现有技术相比本发明的有益效果为：双C型开合结构，易于安装，并在闭合位置留有一定空隙，缺口能有效抑制磁芯饱和;对于电流变化所产生的能量变化，能及时释放掉多余能量,用冷光源放置温度升高，维持感应线圈及电路电压的稳定。
附图说明
图1是本实施例的感应取电模块示意图；
图2是本实施例的电能处理模块电路示意图；
图3是本实施例的智能控制模块电路示意图；
图4是本实施例的充放电模块电路；
图5是本实施例的程序流程图；
附图中标记：1、转轴；2、感应线圈3、C型磁芯4、紧固螺栓5、耐热橡胶垫6、突起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：如图1至图5所示，一种高压母线感应取电装置及方法，包括感应取电装置,电能处理装置；其特征在于，所述感应取电装置由两个C型磁芯组成，两个C型磁芯底部通过转轴连接, 两个C型磁芯上部都设有突起,突起中间开孔, 紧固螺栓穿过开孔固定磁芯, 突起处设有耐热橡胶垫，使磁芯不完全封闭, 两个C型磁芯任意一侧中部绕有线圈;安装时可打开接口，套入母线，然后通过螺栓紧固在母线上。
电能处理装置由滤波电路，整流电路、低通滤波电路，智能能量泻放模块，稳压电路、锂电池充放电电路和超级电容电路等组成。
所述智能泻放模块采用STM32F130C8T6单片机得到线圈感应出的电流和输出电压的值，利用滑模控制与PID控制相结合的方式根据输入值得到控制电压，控制电压输出控制场效晶体管通断电流的大小，从而保证输出电压在一定范围内，多余的能量通过场效应管流出点亮LED冷光源（耐压值大于10V，最大电流大于1A），将多余的能量释放。其中滑模控制根据感应输出电流的大小和当前电压值将控制电压分成3段，如图5处理流程所示PID控制根据输出电压的大小及变化速率在各段内对控制电压进行微调，从而使输出电压在很小的范围内（±5%）波动，满足电路要求。
进一步的，所述单片机为STM32F130C8T6单片机，检测电路中电流和电压，同时控制开关管的打开和关断。
进一步的，整体电路完成后，对电路板以FM-107A\B双组分聚氨酯灌封胶灌胶，以防止静电干扰，对外只露出两只LED灯。
进一步的，所述场效晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
进一步的，还包括电流采样模块，电路如图3所示采用0.1欧姆的康铜丝接于电流通路中，利用仪表放大器芯片AD623采集到康铜丝两端的电压，并进行滤波放大，得到和电流对应的电压值，连接到单片机AD采集模块。
进一步的，还包括电压采样模块电路如图3所示，电压采样模块通过分压电阻直接获取一定比例的输出电压，连接到单片机AD采集模块。
进一步的，还包括充放电模块，充放电芯片采用TP51XX，电路如图5所示连接。
电路原理：当高压母线上通有大于固定阀值的交流电流时，感应取电模块发出有效电压，电源装置可以启动，为电能处理模块发出近似正弦的感应电动势。感应电动势经滤波电路和整流电路整流后变为脉动直流电压。脉动直流电压通过LC低通滤波电路后，变成具有一定幅度纹波的直流电，供给电池充电电路、超级电容和稳压模块使用，开关型稳压模块将输出电压变为稳定的3.3V电压，供给测温模块使用，多样的能量通过智能泻放电路释放掉，见图2。
当母线中电流为固定阀值时，输出的电源功率能保证无线测温电路的正常运行。当母线中的电流大于固定阀值时，来自感应线圈的能量通过智能泄放电路释放。电路的原理为单片机通过检测蓄电池电压、当前输出电压以及输出电流，可以通过控制MOSFET管通断，当输出电压高于某一限值时，打开MOSFET，点亮两只3W的LED冷光源，将多余的能量释放。通过控开关管的占空比将多余的能量释放出去。单片机采用STM32F130C8T6单片机，检测电路中电流和电压，也控制开关管的打开和关断。同时，单片机也采集母线温度通过无线模块向外发出，见图3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高压母线感应取电装置及方法，包括感应取电装置,电能处理装置；其特征在于，所述感应取电装置由两个C型磁芯组成，两个C型磁芯底部通过转轴连接, 两个C型磁芯上部都设有突起,突起中间开孔, 紧固螺栓穿过开孔固定磁芯, 突起处设有耐热橡胶垫，使磁芯不完全封闭, 两个C型磁芯任意一侧中部绕有线圈;所述电能处理装置包括智能泻放模块, 所述智能泻放模块采用单片机控制场效晶体管通断，当输出电压高于某一限值时，打开场效晶体管，点亮LED冷光源，将多余的能量释放,通过控制开关管的占空比将多余的能量释放出去。
2.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，C型磁芯由硅钢片制作。
3.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，C型磁芯主体为圆形或方形。
4.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，所述单片机为STM32F130C8T6单片机，检测电路中电流和电压，同时控制开关管的打开和关断。
5.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，整体电路完成后，对电路板以FM-107A\B双组分聚氨酯灌封胶灌胶，以防止静电干扰。
6.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，所述场效晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
7.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，还包括电流采样模块，采用0.1欧姆的康铜丝接于电流通路中，利用仪表放大器芯片AD623采集到康铜丝两端的电压，并进行滤波放大，得到和电流对应的电压值，连接到单片机AD采集模块。
8.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，还包括电压采样模块，电压采样模块通过分压电阻直接获取一定比例的输出电压，连接到单片机AD采集模块。
9.如权利要求1所述的一种高压母线感应取电装置及方法，其特征在于，还包括充放电模块，充放电芯片采用TP51XX。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200417 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |