CN112510850A - 一种输电线路电流取能装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路电流取能装置，包括磁芯支路、负载支路和控制电路，磁芯支路包括取能磁芯和至少两个电容值不同的匹配电容，取能磁芯为开气隙磁芯，取能磁芯套设在输电线缆上，取能磁芯上绕设有二次绕组；控制电路包括测量控制模块和第一转换开关，测量控制模块用于根据输电线缆上的电流值来控制第一转换开关切换，使对应的匹配电容与取能磁芯并联；负载支路包括变压器和整流电路，变压器初级线圈的两端通过夹具与输电线路连接，次级线圈的两端通过整流电路为在线监测设备供电。还公开了基于上述装置的一种输电线路电流取能方法。本发明能够在输电线路电流值较大变化范围的情况下稳定取能，为输电线路上在线监测设备稳定供电。

Description

一种输电线路电流取能装置及方法

技术领域

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种输电线路电流取能装置及方法。

背景技术

目前，越来越多的在线监测设备被应用到输电线路上，用以实时在线监测线路状态信息，保障线路运行安全。在线监测设备需要稳定的供电电源，然而现在各类供电电源均存在较大问题，如直接配备电池为设备供电则需要时常更换电池，那就需要大量的操作人员进行大量的高空作业，不具备可行性；或者使用太阳能供电的方式，但该方式受天气影响非常大，也经常断电。目前产生了一种利用电磁感应的原理取能供电的方式，具体的说就是通过在输电线缆上套设线圈，感应出与输电线缆中电流幅值成一定比例的电流用来供电，该方式的好处在于一次安装后不需要更换，也不受天气的影响。但该方式也存在问题：当输电线缆上的电流值较大时线圈磁芯易饱和，其输出电压会产生幅值很高的尖峰影响用电安全，并且磁芯损耗会增大引起发热，对磁芯本身的使用寿命有较大影响。为解决该问题，现有技术中为取能磁芯开气隙降低磁导率，增大磁芯的饱和电流值，能够有效抑制磁芯饱和，但是又带来另外一个问题，那就是在输电线缆电流较小时磁芯无法感应出在线监控设备所需要的电能，还是会导致在线监测设备的断电无法正常运行。由上可知，由于输电线路上电流值的变化范围较大，导致现有技术中利用电磁感应的原理取能供电的方式为输电线路上的在线监测设备供电较为困难，以至于较多的在线监测设备无法正常运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输电线路电流取能装置及方法，能够有效解决上述为输电线路上的在线监测设备供电困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种输电线路电流取能装置，用于在线监测设备，包括磁芯支路、负载支路和控制电路，磁芯支路包括取能磁芯和至少两个电容值不同的匹配电容，取能磁芯为开气隙磁芯，取能磁芯套设在输电线缆上，取能磁芯上绕设有二次绕组；控制电路包括测量控制模块和第一转换开关，第一转换开关包括与匹配电容数量相同的第一档位，匹配电容通过第一转换开关上对应的第一档位与二次绕组连接，测量控制模块用于根据实时测量得到的输电线缆上的电流值来控制第一转换开关在不同的第一档位之间切换，使对应的匹配电容与取能磁芯并联；负载支路包括变压器和整流电路，变压器初级线圈的两端均设有夹具，用于与取能磁芯两侧的输电线路连接，变压器次级线圈的两端与整流电路连接，整流电路的输出端与在线监测设备连接。

优选的，匹配电容包括第一电容、第二电容和第三电容。不同电容值所适应的电流变化范围不一样，设置三个不同电容值的电容能够更加精准的匹配取能磁芯，使取能更加稳定，同时考虑到安装空间的大小，安装三个电容较为合适。

优选的，测量控制模块内设有依次增大的第一切换值、第二切换值和第三切换值，当测量控制模块测量到输电线路电流值低于第一切换值时，测量控制模块控制第一转换开关动作使第一电容与取能磁芯并联；当测量控制模块测量到输电线路电流值高于第一切换值并且低于第二切换值时，测量控制模块控制第一转换开关动作使第二电容与取能磁芯并联；当测量控制模块测量到输电线路电流值高于第二切换值并且低于第三切换值时，测量控制模块控制第一转换开关动作使第三电容与取能磁芯并联。这样就可以根据不同的输电线路电流值范围来选择接入适合的匹配电容，使该取能装置能够在更大的电流值变化范围内稳定取能，为在线监测设备稳定供电。

优选的，测量控制模块包括罗氏线圈，罗氏线圈套设在输电线缆上。选用罗氏线圈来测量输电线路的电流值，反应灵敏能够实时测量，同时稳定性高，使用寿命较长。

优选的，匹配电容均为可调电容器。可调电容器的电容量能够在一个较小范围内进行调整，并且调整后固定于一个确定的电容值，选用可调电容器能够进一步使匹配电容更加精准的匹配取能磁芯，使取能更加稳定。

优选的，还包括备用蓄电池和第二转换开关，第二转换开关包括两个第二档位，整流电路的输出端通过一个第二档位与在线监测设备连接，备用蓄电池的输出端通过另一个第二档位与在线监测设备连接，第二转换开关与测量控制模块连接，用于控制第二转换开关在不同的第二档位之间切换。设置备用蓄电池，通过第二转换开关切换动作控制由负载支路或备用蓄电池为在线监测设备供电，更加具有选择性，能够在输电线路电流值过大或过小时及时切换到备用蓄电池供电状态，避免在线监测设备断电无法工作。

优选的，测量控制模块内还设有第一阈值和第二阈值，当测量控制模块测量到输电线路电流值低于第一阈值或高于第二阈值时，测量控制模块控制第二转换开关动作使备用蓄电池与在线监测设备导通，当测量控制模块测量到输电线路电流值位于第一阈值和第二阈值之间时，测量控制模块控制转换开关动作使整流电路的输出端与在线监测设备导通。当输电线路的电流值过小以至于取能磁芯无法获取电能时或者当输电线路的电流值过大以至于会导致取能磁芯饱和时，通过测量控制模块控制第二转换开关动作完成切换，使用备用蓄电池暂时供电，保证在线监测设备的供电稳定以及取能磁芯的自身安全。

未解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于上述技术方案中提出的输电线路电流取能装置的取能方法，包括以下步骤：

S100：在输电线缆上套设取能磁芯，并在该取能磁芯上绕设二次绕组，再将至少两个匹配电容通过第一转换开关与二次绕组的输出端连接，使匹配电容与取能磁芯并联形成磁芯支路；

S200：将测量控制模块与第一转换开关连接，测量控制模块通过控制第一转换开关的切换动作使对应的匹配电容与取能磁芯并联；

S300：在取能磁芯两侧的输电线缆上夹设夹具，然后将导线的一端与夹具连接，导线的另一端与变压器的初级线圈连接，再从变压器的次级线圈引出导线与整流电路连接；

S400：将整流电路的输出端与在线监测设备连接。

采用该取能方法能够在输电线路电流值较大的变化范围内稳定的为在线监测设备供电，有效减少在线监测设备断电无法正常工作的情况。

未解决上述技术问题，本发明还提供了另一种基于上述技术方案中提出的输电线路电流取能装置的取能方法，包括以下步骤：

S100：在输电线缆上套设取能磁芯，并在该取能磁芯上绕设二次绕组，再将至少两个匹配电容通过第一转换开关与二次绕组的输出端连接，使匹配电容与取能磁芯并联形成磁芯支路；

S200：将测量控制模块与第一转换开关连接，测量控制模块通过控制第一转换开关的切换动作使对应的匹配电容与取能磁芯并联；

S300：在取能磁芯两侧的输电线缆上夹设夹具，然后将导线的一端与夹具连接，导线的另一端与变压器的初级线圈连接，再从变压器的次级线圈引出导线与整流电路连接；

S400：将备用蓄电池及整流电路的输出端通过第二转换开关与在线监测设备连接；

S500：将测量控制模块与第二转换开关连接，测量控制模块通过控制第二转换开关的切换动作使对应的备用蓄电池或整流电路为在线监测设备供电。

采用该取能方法能够在输电线路电流值较大的变化范围内稳定的为在线监测设备供电，同时引入备用蓄电池，在输电线路电流值过小或过大的少见情况下切换为由备用蓄电池进行供电，这样能够保证为在线监测设备全天候供电，避免在线监测设备断电无法正常工作的情况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过为开气隙的取能磁芯并联匹配电容，这样取能磁芯和匹配电容形成磁芯支路，将负载支路作为一个整体，磁芯支路等效阻抗与负载支路输入阻抗相当于并联，输电线路部分电流流入负载支路，实现电能的输出。由于匹配电容的调节作用，当输电线路中电流值较小时，磁芯支路等效阻抗将变大，使得负载支路分得更多输电线路电流，也即当输电线路电流值较小时，本发明提供的该取能装置也能为负载支路提供电能，而当输电线路中电流值较大时，由于取能磁芯为开气隙磁芯，能够有效抑制磁芯饱和。不同匹配电容的电容值对不同范围电流值变化的调节效果不同，因此本发明还设置了至少两个匹配电容，并且通过测量控制模块和第一转换开关对其进行切换控制，使本发明提供的该取能装置能够在一定电流变化范围内更稳定的取能。另外，变压器初级线圈的两端通过夹具与输电线缆连接，连接方便、稳定。

附图说明

图1实施例一提供的一种输电线路电流取能装置的电路结构示意图；

图2实施例二提供的一种输电线路电流取能装置的电路结构示意图。

其中：1.取能磁芯，10.二次绕组，2.匹配电容，3.测量控制模块，31.第一转换开关，32.第二转换开关，4.变压器，5.备用蓄电池，6.罗氏线圈，7.输电线缆，70.夹具，8.整流电路，9.在线监测设备。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：如图1所示，一种输电线路电流取能装置，用于在线监测设备，包括磁芯支路、负载支路和控制电路，磁芯支路包括取能磁芯1和至少两个电容值不同的匹配电容2，取能磁芯1为开气隙磁芯，取能磁芯1套设在输电线缆7上，取能磁芯1上绕设有二次绕组10；控制电路包括测量控制模块3和第一转换开关31，第一转换开关31包括与匹配电容2数量相同的第一档位，匹配电容2通过第一转换开关31上对应的第一档位与二次绕组10连接，测量控制模块3用于根据实时测量得到的输电线缆7上的电流值来控制第一转换开关31在不同的第一档位之间切换，使对应的匹配电容2与取能磁芯1并联；负载支路包括变压器4和整流电路8，变压器4初级线圈的两端均设有夹具70，用于与取能磁芯1两侧的输电线路连接，变压器4次级线圈的两端与整流电路8连接，整流电路8的输出端与在线监测设备9连接。通过为开气隙的取能磁芯1并联匹配电容2，这样取能磁芯1和匹配电容2形成磁芯支路，将负载支路作为一个整体，磁芯支路等效阻抗与负载支路输入阻抗相当于并联，输电线路部分电流流入负载支路，实现电能的输出。由于匹配电容2的调节作用，当输电线路中电流值较小时，磁芯支路等效阻抗将变大，使得负载支路分得更多输电线路电流，也即当输电线路电流值较小时，本实施例提供的该取能装置也能为负载支路提供电能，而当输电线路中电流值较大时，由于取能磁芯1为开气隙磁芯，能够有效抑制磁芯饱和。

不同匹配电容2的电容值对不同范围电流值变化的调节效果不同，因此本实施例中设置了至少两个匹配电容2，通过第一转换开关31的切换动作使对应的匹配电容2与取能磁芯1并联，测量控制模块3与第一转换开关31连接，并且测量控制模块3通过实时测量得到的输电线缆7上的电流值来控制第一转换开关31的切换动作。使本实施例提供的该取能装置能够在一定电流变化范围内更稳定的取能。另外，变压器4初级线圈的两端通过夹具70与输电线缆7连接，连接方便、稳定。其中，测量控制模块3中起到测量功能的是罗氏线圈6，将罗氏线圈6套设在输电线缆7上，选用罗氏线圈6来测量输电线路的电流值，反应灵敏能够实时测量，同时稳定性高，使用寿命较长，并且安装便利。

考虑到实际中安装匹配电容2的占用空间与操作便利性，本实施例中匹配电容2设置三个，包括第一电容、第二电容和第三电容。不同电容值所适应的电流变化范围不一样，设置三个不同电容值的电容能够更加精准的匹配取能磁芯1，使取能更加稳定，同时考虑到安装空间的大小，安装三个电容较为合适。

本实施例中的匹配电容2均为可调电容器。可调电容器的电容量能够在一个较小范围内进行调整，并且调整后固定于一个确定的电容值，选用可调电容器能够进一步使匹配电容2更加精准的匹配取能磁芯1，使取能更加稳定。

本实施例提供的该取能装置的工作控制原理说明如下：首先，测量控制模块3测量输电线路上的实时电流值I，测量控制模块内设有依次增大的第一切换值、第二切换值和第三切换值，然后将该电流值I与测量控制模块3内预先设置的第一切换值、第二切换值、第三切换值依次比较，其中，当测量控制模块3测量到输电线路电流值低于第一切换值时，测量控制模块3控制第一转换开关31动作使第一电容与取能磁芯1并联；当测量控制模块3测量到输电线路电流值高于第一切换值并且低于第二切换值时，测量控制模块3控制第一转换开关31动作使第二电容与取能磁芯1并联；当测量控制模块3测量到输电线路电流值高于第二切换值并且低于第三切换值时，测量控制模块3控制第一转换开关31动作使第三电容与取能磁芯1并联。这样就可以根据不同的输电线路电流值范围来选择接入适合的匹配电容2，使该取能装置能够在更大的电流值变化范围内稳定取能，为在线监测设备9稳定供电。

应用本实施例中提出的输电线路电流取能装置的取能方法包括以下步骤，下面详细进行说明：

S100：在输电线缆7上套设取能磁芯1，并在该取能磁芯1上绕设二次绕组10，再将至少两个匹配电容2通过第一转换开关31与二次绕组10的输出端连接，使匹配电容2与取能磁芯1并联形成磁芯支路；

S200：将测量控制模块3与第一转换开关31连接，测量控制模块3通过控制第一转换开关31的切换动作使对应的匹配电容2与取能磁芯1并联；

S300：在取能磁芯1两侧的输电线缆7上夹设夹具70，然后将导线的一端与夹具70连接，导线的另一端与变压器4的初级线圈连接，再从变压器4的次级线圈引出导线与整流电路8连接；

S400：将整流电路8的输出端与在线监测设备9连接。

采用该取能方法能够在输电线路电流值较大的变化范围内稳定的为在线监测设备供电，有效减少在线监测设备断电无法正常工作的情况。

实施例二：如图2所示，本实施例提供了一种输电线路在线监测设备的供电装置，本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例中还包括备用蓄电池5和第二转换开关32，第二转换开关32包括两个第二档位，整流电路8的输出端通过一个第二档位与在线监测设备9连接，备用蓄电池5的输出端通过另一个第二档位与在线监测设备9连接，第二转换开关32与测量控制模块3连接，用于控制第二转换开关32在不同的第二档位之间切换。

基于上述区别技术特征，本实施例提供的该取能装置能够通过第二转换开关32切换动作控制由负载支路或备用蓄电池5为在线监测设备供电，更加具有选择性，能够在输电线路电流值过大或过小时及时切换到备用蓄电池5供电状态，避免在线监测设备断电无法工作。

本实施例提供的该取能装置的工作控制原理说明如下：测量控制模块3内设有第一阈值和第二阈值，当测量控制模块3测量到输电线路电流值低于第一阈值或高于第二阈值时，测量控制模块3控制第二转换开关32动作使备用蓄电池5与在线监测设备导通，当测量控制模块3测量到输电线路电流值位于第一阈值和第二阈值之间时，测量控制模块3控制转换开关动作使整流电路8的输出端与在线监测设备导通，此时再采用实施例一中的控制原理对磁芯之路及负载之路进行控制。这样当输电线路的电流值过小以至于取能磁芯1无法获取电能时或者当输电线路的电流值过大以至于会导致取能磁芯1饱和时，通过测量控制模块3控制第二转换开关32动作完成切换，使用备用蓄电池5暂时供电，保证在线监测设备的供电稳定以及取能磁芯1的自身安全。

基于本实施例提供的上述取能装置的取能方法包括以下步骤，下面详细说明：

S100：在输电线缆7上套设取能磁芯1，并在该取能磁芯1上绕设二次绕组10，再将至少两个匹配电容2通过第一转换开关31与二次绕组10的输出端连接，使匹配电容2与取能磁芯1并联形成磁芯支路；

S200：将测量控制模块3与第一转换开关31连接，测量控制模块3通过控制第一转换开关31的切换动作使对应的匹配电容2与取能磁芯1并联；

S300：在取能磁芯1两侧的输电线缆7上夹设夹具70，然后将导线的一端与夹具70连接，导线的另一端与变压器4的初级线圈连接，再从变压器4的次级线圈引出导线与整流电路8连接；

S400：将备用蓄电池5及整流电路8的输出端通过第二转换开关32与在线监测设备9连接；

S500：将测量控制模块3与第二转换开关32连接，测量控制模块3通过控制第二转换开关32的切换动作使对应的备用蓄电池5或整流电路8为在线监测设备9供电。

采用该取能方法能够在输电线路电流值较大的变化范围内稳定的为在线监测设备供电，同时引入备用蓄电池5，在输电线路电流值过小或过大的少见情况下切换为由备用蓄电池5进行供电，这样能够保证为在线监测设备9全天候供电，避免在线监测设备9断电无法正常工作的情况。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种输电线路电流取能装置，用于在线监测设备，其特征在于：包括磁芯支路、负载支路和控制电路，所述磁芯支路包括取能磁芯(1)和至少两个电容值不同的匹配电容(2)，所述取能磁芯(1)为开气隙磁芯，所述取能磁芯(1)套设在输电线缆(7)上，所述取能磁芯(1)上绕设有二次绕组(10)；所述控制电路包括测量控制模块(3)和第一转换开关(31)，所述第一转换开关(31)包括与所述匹配电容(2)数量相同的第一档位，所述匹配电容(2)通过第一转换开关(31)上对应的第一档位与所述二次绕组(10)连接，所述测量控制模块(3)用于根据实时测量得到的输电线缆(7)上的电流值来控制第一转换开关(31)在不同的第一档位之间切换，使对应的匹配电容(2)与取能磁芯(1)并联；

所述负载支路包括变压器(4)和整流电路(8)，所述变压器(4)初级线圈的两端均设有夹具(70)，用于与所述取能磁芯(1)两侧的输电线缆(7)连接，所述变压器(4)次级线圈的两端与所述整流电路(8)连接，所述整流电路(8)的输出端与所述在线监测设备(9)连接。

2.如权利要求1所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：所述匹配电容(2)包括第一电容、第二电容和第三电容。

3.如权利要求2所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：所述测量控制模块(3)内设有依次增大的第一切换值、第二切换值和第三切换值，当所述测量控制模块(3)测量到输电线路电流值低于第一电流值时，所述测量控制模块(3)控制第一转换开关(31)动作使第一电容与取能磁芯(1)并联；

当所述测量控制模块(3)测量到输电线路电流值高于第一电流值并且低于第二电流值时，所述测量控制模块(3)控制第一转换开关(31)动作使第二电容与取能磁芯(1)并联；

当所述测量控制模块(3)测量到输电线路电流值高于第二电流值并且低于第三电流值时，所述测量控制模块(3)控制第一转换开关(31)动作使第三电容与取能磁芯(1)并联。

4.如权利要求1所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：所述测量控制模块(3)包括罗氏线圈(6)，所述罗氏线圈(6)套设在输电线缆(7)上。

5.如权利要求1所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：所述匹配电容(2)均为可调电容器。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：还包括备用蓄电池(5)和第二转换开关(32)，所述第二转换开关(32)包括两个第二档位，所述整流电路(8)的输出端通过一个第二档位与在线监测设备(9)连接，所述备用蓄电池(5)的输出端通过另一个第二档位与在线监测设备(9)连接，所述第二转换开关(32)与所述测量控制模块(3)连接，用于控制所述第二转换开关(32)在不同的第二档位之间切换。

7.如权利要求6所述的一种输电线路电流取能装置，其特征在于：所述测量控制模块(3)内还设有第一阈值和第二阈值，当所述测量控制模块(3)测量到输电线路电流值低于第一阈值或高于第二阈值时，所述测量控制模块(3)控制第二转换开关(32)动作使备用蓄电池(5)与在线监测设备(9)导通；当所述测量控制模块(3)测量到输电线路电流值位于第一阈值和第二阈值之间时，所述测量控制模块(3)控制转换开关动作使整流电路(8)的输出端与在线监测设备(9)导通。

8.基于如权利要求1至5中任一项所述的一种输电线路电流取能装置的取能方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：在输电线缆(7)上套设所述取能磁芯(1)，并在该取能磁芯(1)上绕设二次绕组(10)，再将至少两个所述匹配电容(2)通过第一转换开关(31)与二次绕组(10)的输出端连接，使所述匹配电容(2)与取能磁芯(1)并联形成磁芯支路；

S200：将所述测量控制模块(3)与第一转换开关(31)连接，所述测量控制模块(3)通过控制第一转换开关(31)的切换动作使对应的匹配电容(2)与取能磁芯(1)并联；

S300：在所述取能磁芯(1)两侧的输电线缆(7)上夹设夹具(70)，然后将导线的一端与夹具(70)连接，导线的另一端与变压器(4)的初级线圈连接，再从变压器(4)的次级线圈引出导线与整流电路(8)连接；

S400：将所述整流电路(8)的输出端与在线监测设备(9)连接。

9.基于如权利要求6或7中任一项所述的一种输电线路电流取能装置的取能方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：在输电线缆(7)上套设所述取能磁芯(1)，并在该取能磁芯(1)上绕设二次绕组(10)，再将至少两个所述匹配电容(2)通过第一转换开关(31)与二次绕组(10)的输出端连接，使所述匹配电容(2)与取能磁芯(1)并联形成磁芯支路；

S200：将所述测量控制模块(3)与第一转换开关(31)连接，所述测量控制模块(3)通过控制第一转换开关(31)的切换动作使对应的匹配电容(2)与取能磁芯(1)并联；

S300：在所述取能磁芯(1)两侧的输电线缆(7)上夹设夹具(70)，然后将导线的一端与夹具(70)连接，导线的另一端与变压器(4)的初级线圈连接，再从变压器(4)的次级线圈引出导线与整流电路(8)连接；

S400：将所述备用蓄电池(5)及整流电路(8)的输出端通过第二转换开关(32)与在线监测设备(9)连接；

S500：将所述测量控制模块(3)与第二转换开关(32)连接，所述测量控制模块(3)通过控制第二转换开关(32)的切换动作使对应的备用蓄电池(5)或整流电路(8)为在线监测设备(9)供电。

Images