CN111555426A - 用于配电网架空线监测的综合取能模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于配电网架空线监测的综合取能模块，属于电力设备监测领域。太阳能取能单元和取能互感器及电能变换单元形成并联回路共同接入到综合管理单元，综合管理单元将两路电源的能量输送到后备电池，太阳能取能单元和取能互感器及电能变换单元在综合管理单元的管理下，共同为后备电池及其管理单元中的电池提供能量。本发明采用综合取能的方式，同时利用太阳能和感应取能的方式获得能量，通过太阳能取能单元和取能互感器及电能变换单元形成互补，共同获得电源，为架空线监测装置提供工作电源。双路电源构成一个整体，结构紧凑，能够架空线小电流、阴雨天等工况下可靠工作。特别适合需要提供瞬时大功率供电的场合。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备监测领域，特别涉及一种用于配电网架空线监测的综合取能模块，为监控线路在线监测装置提供工作电源。
背景技术
在电气设备高压侧应用的各种电子设备需要对地绝缘。由于光电式电流互感器、高压开关触头和电缆接头测温、导线覆冰状态在线监测系统等安装在高电压现场，为了满足电气隔离的安全要求，系统的工作电源不能由二次电源经降压、整流、滤波后提供，不能用导线直接从低压侧供给，电源供给成为制约这类监测系统发展的关键。这些测量及保护装置的可靠运行对于整个电力系统的安全生产和安全稳定运行是至关重要的，对高压侧测量装置提供稳定的电源是保证其可靠工作的前提。
目前常应用的供电方式有太阳能、蓄电池、激光供能、母线感应取能等，但各有优缺点。太阳能电池受天气影响大，且一般需要较大的安装空间；蓄电池受容量限制，适合于短时间作为后备电源；激光功能需要稳定的电源，用于室内设备的特殊场景；母线感应取能在小电流是难以可靠工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于配电网架空线监测的综合取能模块，解决了现有技术存在的上述问题。本发明采用综合取能的方式，同时利用太阳能和感应取能的方式获得能量，采用双路取能电源同时利用输送到后备电池的控制回路，通过太阳能取能单元和取能互感器及电能变换单元形成互补，共同获得电源，为架空线监测装置提供工作电源。双路电源构成一个整体，结构紧凑，能够架空线小电流、阴雨天等工况下可靠工作。本发明安装方便，维护简单，可靠性高；特别适合需要提供瞬时大功率供电的场合。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
用于配电网架空线监测的综合取能模块，包括太阳能取能单元3、取能互感器及电能变换单元1、综合管理单元4和后备电池及其管理单元5，所述太阳能取能单元3和取能互感器及电能变换单元1形成并联回路共同接入到综合管理单元4，综合管理单元4将两路电源的能量输送到后备电池，太阳能取能单元3和取能互感器及电能变换单元1在综合管理单元4的管理下，共同为后备电池及其管理单元5中的电池提供能量。
所述的取能互感器及电能变换单元1包括感应取能互感器、单相桥式整流、滤波电路、泄放保护回路、DC/DC稳压电路、后备电池供电回路、大功率储能回路、直流稳压电源输出；取能互感器1开合式安装在电力电缆上，从电力电缆上耦合得到能量；经整流、滤波、稳压，提供稳压的直流电源；泄放保护回路使稳压电源工作在很宽的一次电流下。
所述的感应取能互感器包括两个半圆形的铁芯17，绕制在铁芯17上的线圈13，外壳11，填充在外壳11和铁芯17间的环氧树脂12，用于夹紧两半外壳和铁芯的螺具15；两个半圆形的铁芯17通过多槽型接口，构成闭合磁路；线圈13均匀绕在两个半圆形的铁芯17上，一边铁芯接口处留出余量，方便两半铁芯开合安装，另一边铁芯接口处引出两端子，与整流回路连接。
所述的单相桥式整流、滤波电路由瞬态抑制二极管TVS1、整流二极管D1~D4、滤波电容C1~C3、电阻R1组成。
所述的泄放保护回路包括大功率稳压二极管和大功率三极管。
所述的DC/DC稳压电路由低功耗、低电压降落DC/DC稳压芯片AMC34063A（U1）、电容C4~C6、电阻R3~R5、电感L1、稳压二极管D7，二极管D8组成。
所述的太阳能取能单元3采用薄膜式光伏板构成圆柱形结构，安装于架空线监测监测装置外壳，与架空线监测监测装置构成一个整体。
本发明的有益效果在于：构思新颖、安装方便，维护简单，可靠性高；特别适合需要提供瞬时大功率供电的场合。本发明采用综合取能的方式，同时利用太阳能和感应取能的方式获得能量，通过太阳能取能单元和取能互感器及电能变换单元（1）形成互补，共同获得电源，为架空线监测装置提供工作电源。双路电源构成一个整体，结构紧凑，能够架空线小电流、阴雨天等工况下可靠工作。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的总体组成结构示意图；
图2为本发明的取能互感器及电能变换单元中感应取能互感器的结构示意图；
图3为本发明的取能互感器及电能变换单元中单相桥式整流、滤波电路原理图；
图4为本发明的取能互感器及电能变换单元中泻放保护回路原理图；
图5为本发明的DC/DC稳压电路原理图；
图6为本发明的太阳能取能单元原理图。
图中：1、取能互感器及电能变换单元；2、架空线导线；3、太阳能取能单元；4、综合管理单元；5、后备电池及其管理单元；11、外壳；12、环氧树脂；13、线圈；14、输出端；15、螺具；16、接口处；17铁芯；18、轭。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图6所示，本发明的用于配电网架空线监测的综合取能模块，包括太阳能取能单元3、取能互感器及电能变换单元1、综合管理单元4和后备电池及其管理单元5，所述太阳能取能单元3和取能互感器及电能变换单元1形成并联回路共同接入到综合管理单元4，综合管理单元4将两路电源的能量输送到后备电池，太阳能取能单元3和取能互感器及电能变换单元1在综合管理单元4的管理下，共同为后备电池及其管理单元5中的电池提供能量。
所述的取能互感器及电能变换单元1包括感应取能互感器、单相桥式整流、滤波电路、泄放保护回路、DC/DC稳压电路、后备电池供电回路、大功率储能回路、直流稳压电源输出；感应取能互感器开合式安装在电力电缆上，从电力电缆上耦合得到能量；经整流、滤波、稳压，提供稳压的直流电源；泄放保护回路使稳压电源工作在很宽的一次电流下。
所述的取能互感器及电能变换单元包括两个半圆形的铁芯17，绕制在铁芯17上的线圈13，外壳11，填充在外壳11和铁芯17间的环氧树脂12，用于夹紧两半外壳和铁芯的螺具15；两个半圆形的铁芯17通过多槽型接口，构成闭合磁路；线圈13均匀绕在两个半圆形的铁芯17上，一边铁芯接口处留出余量，方便两半铁芯开合安装，另一边铁芯接口处引出两端子，与整流回路连接。
所述的单相桥式整流、滤波电路由瞬态抑制二极管TVS1、整流二极管D1~D4、滤波电容C1~C3、电阻R1组成。
所述的泄放保护回路包括大功率稳压二极管和大功率三极管。
所述的DC/DC稳压电路由低功耗、低电压降落DC/DC稳压芯片AMC34063A（U1）、电容C4~C6、电阻R3~R5、电感L1、稳压二极管D7，二极管D8组成。
所述的太阳能取能单元3采用薄膜式光伏板构成圆柱形结构，安装于架空线监测监测装置外壳，与架空线监测监测装置构成一个整体。
参见图2所示，为感应取能互感器的结构示意图及两半铁芯接口处的局部放大图，感应取能互感器套装在架空线导线2，通过电磁感应原理，由电力电缆上获取能量。取能互感器1包括：微晶材料制成的两个半圆形的铁芯17；漆包线制成的绕制在铁芯上的线圈13；注塑成型的塑料的外壳11，用于放置铁芯和线圈；外壳的轭18上有通孔，用于安装螺具；在外壳与铁芯之间，填充环氧树脂12，使得铁芯、线圈和外壳成为一体，起到线圈匝间的绝缘和防潮的作用；两边的螺具15将上下两半外壳和铁芯夹紧；两半铁芯的接口处16采用多槽型接口方式，减少接口的气隙；两输出端（14）接到单相桥式整流、滤波电路2的输入端Vin1+和Vin1- ，参见图3所示。
参见图3所示，单相桥式整流、滤波电路将取能互感器产生的交流电压进行整流、滤波，由瞬态抑制二极管TVS1、整流二极管D1~D4、滤波电容C1~C3、电阻R1组成。所述瞬态抑制二极管TVS1的两端分别和输入端Vin1+和Vin1-；所述的整流二极管D1~D4，D1的正极与D4的负极相连接到输入端Vin1+，D2的负极与D3的正极相连，接到输入端Vin1- ，D1的负极与D3的负极相连接到滤波电容C1的正极，D2的正极与D4的正极相连，接到滤波电容C1的负极；电阻R1的两端分别接滤波电容C1、C2的正极；电容C3的一端与电容C2的正极相连接到输出Vout1+，电容C3的另一端与电容C1、C2的负极相连接到输出Vout1-；输出端Vout1+和Vout1-分别接泻放保护回路（参见图5）的输入端Vin3+和Vin3- 。
参见图4所示，泻放保护回路将感应取能互感器的输出电压瞬时值限定在一定的范围内，当电力电缆一次电流增大时，取能互感器二次侧电流由此回路流过，保证本发明的稳压电源有很宽的工作范围。由大功率稳压二极管D5和功率三极管Q1组成，所述稳压二极管D5的正极和功率三极管的集电极相连接到输入端Vin2+，稳压二极管D5的负极与功率三极管Q1的基极相连，功率三极管的射极与输入端Vin2- 相连；输入端Vin2+接到单相桥式整流、滤波电路（参见图3）中二极管D1、D3的负极，输入端Vin2- 接到单相桥式整流、滤波电路（参见图3）中二极管D2、D4的正极。
参见图5所示，DC/DC稳压电路是对单相桥式整流、滤波电路（参见图3）输出的直流电源进行稳压，为大功率储能回路（参见图6）提供充电电压和稳压电源提供稳定电压输出，由低功耗、低电压降落DC/DC稳压芯片AMC34063A（U1）、电容C4~C6、电阻R3~R5、电感L1、稳压二极管D7，二极管D8组成，输入端Vin3+、Vin3- 分别接单相桥式整流、滤波电路（参见图3）的输出端Vout1+和Vout1- ，Vout1- 作为参考地；稳压芯片U1的1脚、8脚、7脚相连接到电阻R3的一端，U1的6脚与R3的另一端、电容C4的一端相连接到输入端Vin3+，U1的5脚和电阻R4、R5的一端相连，R5的另一端接地，R4的另一端和二极管D8的正极、电容C6的一端、电感L1的一端相连，U1的2脚与稳压二极管的负极、电感L1的另一端连接，稳压二极管的正极接地，U1的3脚与电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，U1的4脚接地，电容C8的另一端和输出端Vout3-相连接地，二极管的另一端接输出端Vout3+。输出端Vout3+与大功率储能回路（参见图6）的输入端Vin4+相连，输出端Vout3- 与大功率储能回路（参见图6）的输入端Vin4-相连。输出端Vout3+作为稳压电源的正极，Vout3-作为稳压电源的负极。
太阳能取能单元（参见图4）将太阳能变换后输出Vout4+作为稳压电源的正极，Vout4-作为稳压电源的负极。
输出端Vout3+、Vout4+连接，Vout3- 、Vout4-连接，输入到综合管理单元4。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：包括太阳能取能单元（3）、取能互感器及电能变换单元（1）、综合管理单元（4）和后备电池及其管理单元（5），所述太阳能取能单元（3）和取能互感器及电能变换单元（1）形成并联回路共同接入到综合管理单元（4），综合管理单元（4）将两路电源的能量输送到后备电池，太阳能取能单元（3）和取能互感器及电能变换单元（1）在综合管理单元（4）的管理下，共同为后备电池及其管理单元（5）中的电池提供能量。
2.根据权利要求1所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的取能互感器及电能变换单元（1）包括：感应取能互感器、单相桥式整流、滤波电路、泄放保护回路、DC/DC稳压电路、后备电池供电回路、大功率储能回路、直流稳压电源输出；感应取能互感器开合式安装在电力电缆上，从电力电缆上耦合得到能量；经整流、滤波、稳压，提供稳压的直流电源；泄放保护回路使稳压电源工作在很宽的一次电流下。
3.根据权利要求2所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的感应取能互感器包括两个半圆形的铁芯（17），绕制在铁芯（17）上的线圈（13），外壳（11），填充在外壳（11）和铁芯（17）间的环氧树脂（12），用于夹紧两半外壳和铁芯的螺具（15）；两个半圆形的铁芯（17）通过多槽型接口，构成闭合磁路；线圈（13）均匀绕在两个半圆形的铁芯（17）上，一边铁芯接口处留出余量，方便两半铁芯开合安装，另一边铁芯接口处引出两端子，与整流回路连接。
4.根据权利要求2所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的单相桥式整流、滤波电路由瞬态抑制二极管TVS1、整流二极管D1~D4、滤波电容C1~C3、电阻R1组成。
5.根据权利要求2所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的泄放保护回路包括大功率稳压二极管和大功率三极管。
6.根据权利要求2所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的DC/DC稳压电路由低功耗、低电压降落DC/DC稳压芯片AMC34063A（U1）、电容C4~C6、电阻R3~R5、电感L1、稳压二极管D7，二极管D8组成。
7.根据权利要求1所述的用于配电网架空线监测的综合取能模块，其特征在于：所述的太阳能取能单元3采用薄膜式光伏板构成圆柱形结构，安装于架空线监测监测装置外壳，与架空线监测监测装置构成一个整体。
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