CN114069881A - 高压输电导线感应取能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高压输电导线感应取能方法，涉及高压输电线路供电技术领域，包括取能线圈，锂电池和监测装置，取能线圈感应输电导线上的电能，前端接瞬时过电压抑制模块形成瞬时过电压保护，经过整流模块将感应到的交流电变为直流电，再经过滤波模块处理后得到比较平滑的直流电，之后送入稳压模块进行稳压处理，空载状态时，通过过充保护模块对锂电池进行充电，负载状态时，一路可通过过充保护模块对锂电池充电，另一路经DC‑DC模块处理后，得到负载所需要电压，对负载进行供电，当输电导线上电流不足时，可由锂电池，对电源变换电路电压进行监控，实时调节电路中的能量，防止大能量对电源变换电路造成损害，同时加装锂电池，大大增加了供电的可靠性。

Description

高压输电导线感应取能系统及方法

技术领域

本发明涉及高压输电线路供电技术领域，具体为高压输电导线感应取能系统及方法。

背景技术

高压、特高压输电线路的分布越来越广，庞大的输电网络给线路运行人员的工作带来诸多不便，所以对线路工况进行观察巡视是必不可少的，近年来输电线路在线监测技术发展迅速，安装在输电线路上的在线监测装置越来越多，有效提高了输电线路安全运行水平，但这些在线监测装置的工作电压一般是5、3.3V等小电压等级，这些小电压无疑与输电线路的高压存在矛盾，所以如何有效解决电源问题成为在线监测装置的一大难题，输电线路在线监测装置一部分安装于塔上，一部分安装于输电导线上，对于杆塔上在线监测装置，一般利用太阳能或风能进行供电；对于输电导线上在线监测装置如，导线测温、导线微风振动、导线舞动等监测装置，目前来说最佳方案为从导线上直接取能进行供电。

传统方法采用定期人工巡检手段，此方法费时费力，而且有检修周期，在周期内的线路情况是无法获知的，这就埋下了巨大的安全隐患，且现有的电路在电流不稳定时无法实现应急供电使用，不利于实际高压电线的输送稳定。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了高压输电导线感应取能方法，解决了现有的电路在电流不稳定时无法实现应急供电使用的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：高压输电导线感应取能系统，包括取能线圈，锂电池和监测装置，所述取能线圈一侧连接设有整流模块，所述整流模块和取能线圈之间连接设有瞬时过电压抑制模块，所述整流模块表面依次连接设有滤波模块，稳压模块和DC-DC模块，所述整流模块与滤波模块之间连接设有过压过流保护模块，所述锂电池位于稳压模块和DC-DC模块之间，所述锂电池表面连接设有过充保护模块和过放保护模块，所述监测装置与DC-DC模块电性连接。

高压输电导线感应取能方法，所述取能线圈和监测装置的取能方法如下：

Sp1：信号采集，采用两个传感器对输电导线表面的线路电流电压进行采集检测；

Sp2：线圈取能，所述取能线圈一侧缠绕高压侧的输电导线，取能线圈另一侧缠绕低压侧的输电导线，所述瞬时过电压抑制模块对取能线圈表面线路进行保护；

Sp3：信号调理，所述取能线圈低压侧的线路电流经整流模块进行整流，所述过压过流保护模块进行传输时的保护，所述整流模块将输入的交流电整流成输出的直流电，所述滤波模块对输出的直流电进行二次平滑滤波处理；

Sp4：数据处理，所述滤波模块调理后的电流送入稳压模块进行稳压处理；

Sp5：电路调节，所述滤波模块稳压后的电路分为两路，电路负载状态时，一路可通过过充保护模块对锂电池进行充电，另一路经DC-DC模块处理后，得到负载所需要电压，对负载设备进行供电，当输电导线上电流不足时，可由锂电池通过过放保护模块对负载进行供电；

Sp6：监测保护，所述监测装置对数据处理后的线路进行监测，对异常线路进行实时显示预警。

优选的，所述整流模块采用大电流低功耗的集成整流桥连接实现，且整流桥选用型号为KBP307。

优选的，所述稳压模块所选的稳压芯片型号为LM2576ADJ，且稳压模块输出电压为1.23-37V，所述稳压模块表面连接两个电阻，且两个电阻分别为6kΩ和1kΩ。

优选的，所述锂电池选用型号为18650三洋锂电子电池，且锂电池的标准电压为3.6-3.7V，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.75V，电池容量为2627mA·h，过充保护电压为4.2V，放电保护电压为2.75V。

优选的，所述取能线圈的铁芯为硅钢材料，相邻所述锂电池采用串联成型连接。

优选的，所述整流模块采用4个二极管首尾串联实现，所述滤波模块采用电容滤波实现，所述瞬时过电压抑制模块采用双向TVS管形成瞬时过电压保护。

有益效果

本发明提供了高压输电导线感应取能方法。具备以下有益效果：

1、本发明采用通过取能线圈感应输电导线上的电能，电路前端接瞬时过电压抑制模块形成瞬时过电压保护，经过整流模块将感应到的交流电变为直流电，再经过滤波模块处理后得到比较平滑的直流电，之后送入稳压模块进行稳压处理，空载状态时，通过过充保护模块对锂电池进行充电，负载状态时，一路可通过过充保护模块对锂电池进行充电，另一路经DC-DC模块处理后，得到负载所需要电压，对负载进行供电，当输电导线上电流不足时，可由锂电池，对电源变换电路电压进行监控，实时调节电路中的能量，防止大能量对电源变换电路造成损害，同时加装锂电池，大大增加了供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明的取能方法图；

图2为本发明的系统连接图。

其中：1、取能线圈；2、瞬时过电压抑制模块；3、整流模块；4、过压过流保护模块；5、滤波模块；6、稳压模块；7、DC-DC模块；8、锂电池；9、过充保护模块；10、过放保护模块；11、监测装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

如图1-2所示，高压输电导线感应取能系统，包括取能线圈1，锂电池8和监测装置11，取能线圈1一侧连接设有整流模块3，整流模块3和取能线圈1之间连接设有瞬时过电压抑制模块2，整流模块3表面依次连接设有滤波模块5，稳压模块6和DC-DC模块7，整流模块3与滤波模块5之间连接设有过压过流保护模块4，锂电池8位于稳压模块6和DC-DC模块7之间，锂电池8表面连接设有过充保护模块9和过放保护模块10，监测装置11与DC-DC模块7电性连接。

高压输电导线感应取能方法，取能线圈1和监测装置11的取能方法如下：

Sp1：信号采集，采用两个传感器对输电导线表面的线路电流电压进行采集检测；

Sp2：线圈取能，取能线圈1一侧缠绕高压侧的输电导线，取能线圈1另一侧缠绕低压侧的输电导线，瞬时过电压抑制模块2对取能线圈1表面线路进行保护；

Sp3：信号调理，取能线圈1低压侧的线路电流经整流模块3进行整流，过压过流保护模块4进行传输时的保护，整流模块3将输入的交流电整流成输出的直流电，滤波模块5对输出的直流电进行二次平滑滤波处理；

Sp4：数据处理，滤波模块5调理后的电流送入稳压模块6进行稳压处理；

Sp5：电路调节，滤波模块5稳压后的电路分为两路，电路负载状态时，一路可通过过充保护模块9对锂电池8进行充电，另一路经DC-DC模块7处理后，得到负载所需要电压，对负载设备进行供电，当输电导线上电流不足时，可由锂电池8通过过放保护模块10对负载进行供电；

Sp6：监测保护，监测装置11对数据处理后的线路进行监测，对异常线路进行实时显示预警。

取能线圈1实际上是一种电流互感器，这种电流互感器的工作原理可等效为变压器负载模型，取能线圈1一次侧连接的输电线路缠绕的匝数为N1，通入的电流为I1，取能线圈1另一次侧连接的输出线路的缠绕的匝数为N2，输出的电流为I2，，当一次侧电流过大时二次侧电流会随之增大，当一次侧电流过小时二次侧电流也会随之减小，前者会给电路部分造成危害，后者则带来供能不足，二次侧感应电势与主磁通、绕组匝数有关，而主磁通又与磁导率、磁场强度及铁心横截面积有关，其中磁导率由铁心材料所决定，取能线圈1的铁芯为硅钢材料，硅钢的特点是具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度，使所选铁芯饱和的一次侧电流为1000A以上，选取的硅钢是薄片状的，这样可以减小取能线圈1铁心的涡流损耗，整流模块3采用大电流低功耗的集成整流桥连接实现，且整流桥选用型号为KBP307，整流模块3采用4个二极管首尾串联实现，滤波模块5采用电容滤波实现，经滤波后，可以很大程度上减少杂波，可得到比较纯净的直流电，瞬时过电压抑制模块2采用双向TVS管形成瞬时过电压保护，稳压模块6所选的稳压芯片型号为LM2576ADJ，且稳压模块6输出电压为1.23-37V，稳压模块6表面连接两个电阻，且两个电阻分别为6kΩ和1kΩ，输电导线上的电流不是恒定的，其一般从几十安到几百安不等，电能由取能线圈1到滤波模块5后会在几V到十几V之间不定，通过稳压模块6后可使输出稳定，通过加装锂电池8的方法，可保证当输电导线上电流不足或负载电流过大时，依然可对监测装置11正常供电，确保监测装置11正常工作，锂电池8根据监测装置11功率大小适当选取，锂电池8选用型号为18650三洋锂电子电池，且锂电池8的标准电压为3.6-3.7V，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.75V，电池容量为2627mA·h，过充保护电压为4.2V，放电保护电压为2.75V，相邻锂电池8采用串联成型连接，将多节锂电池8串并连在一起，而当负载对功率要求不高时，可采用单节锂电池，这样可节约成本，充电时，当锂电池8的电压高过4.2V，充电保护电路就停止对锂电池8充电以防止其充爆；放电时，当锂电池8电压低至2.75V，放电保护电路则停止锂电池8放电，以防止其过度损耗，针对监测装置11功率大小不同，可采取单节锂电池8+升压锂电池8和多节锂电池8+降压两种供电方式，基于对这两种方式实际应用的情况，发现其各有优劣，对于前一种方式，其可减少电池数量，以达到节约成本的目的，但升压方式本身稳定性不足，易受扰动，遇到大功率器件时，会造成功率供给不足；后一种方式则相反，其使用较多的电池，从而实现稳定供电，因而选用多节锂电池8进行稳定供电使用，实用性更强。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.高压输电导线感应取能系统，包括取能线圈（1），锂电池（8）和监测装置（11），其特征在于：所述取能线圈（1）一侧连接设有整流模块（3），所述整流模块（3）和取能线圈（1）之间连接设有瞬时过电压抑制模块（2），所述整流模块（3）表面依次连接设有滤波模块（5），稳压模块（6）和DC-DC模块（7），所述整流模块（3）与滤波模块（5）之间连接设有过压过流保护模块（4），所述锂电池（8）位于稳压模块（6）和DC-DC模块（7）之间，所述锂电池（8）表面连接设有过充保护模块（9）和过放保护模块（10），所述监测装置（11）与DC-DC模块（7）电性连接。

2.高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述取能线圈（1）和监测装置（11）的取能方法如下：

Sp1：信号采集，采用两个传感器对输电导线表面的线路电流电压进行采集检测；

Sp2：线圈取能，所述取能线圈（1）一侧缠绕高压侧的输电导线，取能线圈（1）另一侧缠绕低压侧的输电导线，所述瞬时过电压抑制模块（2）对取能线圈（1）表面线路进行保护；

Sp3：信号调理，所述取能线圈（1）低压侧的线路电流经整流模块（3）进行整流，所述过压过流保护模块（4）进行传输时的保护，所述整流模块（3）将输入的交流电整流成输出的直流电，所述滤波模块（5）对输出的直流电进行二次平滑滤波处理；

Sp4：数据处理，所述滤波模块（5）调理后的电流送入稳压模块（6）进行稳压处理；

Sp5：电路调节，所述滤波模块（5）稳压后的电路分为两路，电路负载状态时，一路可通过过充保护模块（9）对锂电池（8）进行充电，另一路经DC-DC模块（7）处理后，得到负载所需要电压，对负载设备进行供电，当输电导线上电流不足时，可由锂电池（8）通过过放保护模块（10）对负载进行供电；

Sp6：监测保护，所述监测装置（11）对数据处理后的线路进行监测，对异常线路进行实时显示预警。

3.根据权利要求2述的高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述整流模块（3）采用大电流低功耗的集成整流桥连接实现，且整流桥选用型号为KBP307。

4.根据权利要求2述的高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述稳压模块（6）所选的稳压芯片型号为LM2576ADJ，且稳压模块（6）输出电压为1.23-37V，所述稳压模块（6）表面连接两个电阻，且两个电阻分别为6kΩ和1kΩ。

5.根据权利要求2所述的高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述锂电池（8）选用型号为18650三洋锂电子电池，且锂电池（8）的标准电压为3.6-3.7V，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.75V，电池容量为2627mA·h，过充保护电压为4.2V，放电保护电压为2.75V。

6.根据权利要求2所述的高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述取能线圈（1）的铁芯为硅钢材料，相邻所述锂电池（8）采用串联成型连接。

7.根据权利要求2所述的高压输电导线感应取能方法，其特征在于：所述整流模块（3）采用4个二极管首尾串联实现，所述滤波模块（5）采用电容滤波实现，所述瞬时过电压抑制模块（2）采用双向TVS管形成瞬时过电压保护。

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