CN114389371A - 一种电容式高压自取电电源和测量一体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，包括高压取电电容C，高压取电电容C一端与高压母线连接，另一端与变压器T的一次侧绕组连接，经变压器T降压，降压后得到低压交流电，低压交流电经与变压器T的二次侧绕组连接的带有ACDC转换的取能控制板进行AD转换，得到24V的直流电，高压取电电容C与高压母线之间连接有高压熔断器，高压熔断器与高压取电电容C之间与分压电容C1的一端连接，分压电容C1的另一端与分压电容C2的一端连接，分压电容C2的另一端与变压器T的一次侧绕组的负极一起接地，分压电容C2上并联有低压互感器B，低压互感器B的另一端与FTU设备连接。本发明通过测量分压电容C2上输出的电压值，能够得出高压母线上的相电压。

Description

一种电容式高压自取电电源和测量一体装置
技术领域
本发明涉及一种自取电装置，特别是涉及一种电容式高压自取电电源和测量一体装置。
背景技术
随着高压输电线路等级及容量的不断提高，线路中的短路电流越来越大，从而使得传统的电磁式电压互感器因铁磁谐振及磁饱和等因素易发生爆炸等安全事故，严重影响了高压线路的正常有序进行，也阻碍了智能电网的健康长远发展，但测量及保护装置安全运行对于整个电力系统的安全生产及稳定运行是至关重要的，因此，对于高压侧线上取能领域的研究具有重要的实用价值； 目前常用的高压在线供电方式为电磁式电压互感器、电流互感器、蓄电池、激光及太阳能等，各有优缺点。
且配电网点多面广，设备安装调试复杂、维护困难制约着配电网的发展和供电可靠性的提高，现有开关基本是一二次设备的成套化，涉及到多个厂家，多个设备接口，经常出现接口不统一、无扩展性、安装调试复杂、责任不易划分等问题；另外电磁PT不易集成，安装复杂，且易产生铁磁谐振。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种功耗低，抗谐振的电容式高压自取电电源和测量一体装置。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，包括高压取电电容C，所述高压取电电容C一端与高压母线连接，从高压母线周围存在的电场中进行高压取电，另一端与变压器T的一次侧绕组连接，经变压器T对经所述高压取电电容C取得的高压交流电进行降压，降压后得到低压交流电，低压交流电经与所述变压器T的二次侧绕组连接的ACDC转换的取能控制板进行AD转换，得到24V的直流电。
所述取能控制板上设置有EMC防护模块、整流模块、稳压模块和输出检测模块，整流模块中设置有ACDC转换，所述EMC防护模块一端与所述高压变压器T二次侧连接，另一端与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块将经所述高压变压器T降压后的交流电变成直流电，所述稳压模块对直流电进行保护和稳压，最后由所述输出检测模块进行输出。
所述变压器T的一次侧绕组处还设置有过压保护，所述过压保护为高压防护，采用高压压敏电阻，对瞬时的过电压进行防护，保证变压器不会过电压而损坏。
所述变压器T的二次侧绕组与所述ACDC转换板之间设置有电源保护，所述电源保护为低压整流防护，采用TVS管和半导体放电管对低压侧进行防护，所述TVS管上连接有散热器，当取能电源的电压高时，所述TVS管会导通发热，将多余的功率消耗，保持取电和负荷的动态平衡。
所述高压取电电容C与所述高压母线之间连接有高压熔断器，保证设备在极端情况下，将设备和供电线路分开，保证线路正常运行，避免设备在极端情况下造成线路接地。
所述高压熔断器与所述高压取电电容C之间与分压电容C1的一端连接，所述分压电容C1的另一端与分压电容C2的一端连接，所述分压电容C2的另一端与所述变压器T的一次侧绕组的负极一起接地，所述分压电容C2上并联有低压互感器B，所述低压互感器B的另一端与FTU设备连接，通过测量分压电容C2上输出的电压值，根据所述高压取电电容C与所述分压电容C2之间的容量比值，能够得出高压母线上的相电压。
C是高压取电电容，选用2500p-6600p高压陶瓷电容，高压陶瓷电容具有很好的耐冲击能力，并且温度系数很好，高低温状态下温漂小；C1是620pf的陶瓷电容，C2是1.9uf的陶瓷电容，C、C1、C2采用一体化浇注成型；上端有高压熔断器进行保护和防护。
所述分压电容C2与所述FTU设备之间电缆采用低容性、双屏蔽层的连接电缆。
本发明的积极有益效果是：
1、本发明中是利用电容进行电容式电源取能，是一种利用电容降压取能原理的10kV 电源，能满足一二次融合柱上开关智能控制器的供电要求，符合电网设备一体化设计需求，具有功耗低，抗谐振，安全可靠的特点。
2、本发明中是利用高压取电电容C从高压母线周围存在的电场中进行高压取电，免了接口、扩展性、安装调试复杂、责任划分等问题；减少电磁PT的铁磁谐振，提高设备的整体可靠性、经济性。
3、本发明是高压取能装置，其中一次电容和变压器与后级电子设备分离，同时在高压电容侧加装高压熔断器，避免设备在极端情况下造成线路接地。
4、本发明不仅有取电功能，同时还有测量电压功能，通过测量分压电容C2上输出的电压值，根据所述高压取电电容C与所述分压电容C2之间的容量比值，能够得出高压母线上的相电压。
5、本发明中利用电容分压方式做成电子式互感器，其电容参数变化引起的精度变化较小，且功耗低、体积小、重量轻、绝缘性能好，元件为同一种，因此在电容选择合适的情况下，低压侧分压较稳定，不会存在铁磁谐振等问题。
6、本发明中高压防护采用高压压敏电阻，低压防护采用TVS管和半导体放电管，能够防止过压或者其他情况引起的过电压及干扰；且电容取电采用单体的陶瓷电容，陶瓷电容耐压高、耐雷电冲击、寿命长。
附图说明
图1是本发明一种电容式高压自取电电源和测量一体装置的电路原理图；
图2是本发明中的高压防护电路图；
图3是本发明中的低压整流防护电路图。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：
图中： W-高压母线，A-取能控制板，FU-熔断器
实施例：一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，包括高压取电电容C，高压取电电容C一端与高压母线连接，从高压母线周围存在的电场中进行高压取电，另一端与变压器T的一次侧绕组连接，经变压器T对经高压取电电容C取得的高压交流电进行降压，降压后得到低压交流电，低压交流电经与变压器T的二次侧绕组连接的ACDC转换的取能控制板进行AD转换，得到24V的直流电。
取能控制板上设置有EMC防护模块、整流模块、稳压模块和输出检测模块，整流模块中设置有ACDC转换，EMC防护模块一端与高压变压器T二次侧连接，另一端与整流模块的输入端连接，整流模块将经高压变压器T降压后的交流电变成直流电，稳压模块对直流电进行保护和稳压，最后由输出检测模块进行输出。
变压器T的一次侧绕组处还设置有过压保护，过压保护为高压防护，采用高压压敏电阻，对瞬时的过电压进行防护，保证变压器不会过电压而损坏。
变压器T的二次侧绕组与ACDC转换板之间设置有电源保护，电源保护为低压整流防护，采用TVS管和半导体放电管对低压侧进行防护，TVS管上连接有散热器，当取能电源的电压高时，TVS管会导通发热，将多余的功率消耗，保持取电和负荷的动态平衡。
本装置中的取能方式为恒功率方式，即取出来的功能，无论是负载多大，取出来的功率是恒定，当外部负载较小时，电路设计了消耗功率，采用TVS管进行稳压，并设计散热片进行一体化散热，达到热平衡。
同时在高压试验试验时，高压防护电路能够承受48kV电压测试，对变压器和低压设备进行防护。
高压取电电容C与高压母线之间连接有高压熔断器，避免设备在极端情况下造成线路接地。
高压熔断器与高压取电电容C之间与分压电容C1的一端连接，分压电容C1的另一端与分压电容C2的一端连接，分压电容C2的另一端与变压器T的一次侧绕组的负极一起接地，分压电容C2上并联有低压互感器B，低压互感器B的另一端与FTU设备连接，通过测量分压电容C2上输出的电压值，根据高压取电电容C与分压电容C2之间的容量比值，能够得出高压母线上的相电压。
C是高压取电电容，选用2500p-6600p高压陶瓷电容，高压陶瓷电容具有很好的耐冲击能力，并且温度系数很好，高低温状态下温漂小，其电容容量损耗随温度频率变化具有极高稳定性，并且特殊的串联结构适合于在高电压下长期可靠地工作，具有耐雷电冲击，具有稳定性和长寿命特征；C1是620pf的陶瓷电容，C2是1.9uf的陶瓷电容，C、C1、C2采用一体化浇注成型；上端有高压熔断器进行保护和防护。
本发明中采用真空环氧树脂一体化浇筑，电容单独浇注，变压器和保护器件单独浇注，并具有高低压防护电路，高压防护可以使得高压在48kV时，保持设备完好，并保护低压侧电路和设备。
分压电容C2与FTU设备之间电缆采用低容性、双屏蔽层的连接电缆。
具体操作时，可以选择高压母线上的高压为5775V，选择容量为6000P的高压取电电容C，容量为620pf的分压电容C1，容量为1.9uf的分压电容C2，取电回路经过高压熔断器，接入高压取电电容C和变压器T，然后接地；高压取电电容C和变压器T形成的阻抗分压，高压取电电容C的低压侧，电压在1400V，1400V电压经过变压器T的降压，变成32V交流电压，交流电压经过整流变化，稳压，得到稳定输出DC24V。
测量回路经过分压电容C1和分压电容C2变换，绝大部分电压压降在分压电容C1，分压电容C2两端的电压经过分压后经过互感器B隔离转换，输出隔离的电压，给FTU设备采集使用，例如：10kV/√3的电压信号，经过C1和C2电容分压得到3.25/√3V；该信号经过互感器隔离转换，输出隔离的3.25/√3V信号，给FTU设备采集使用。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，包括高压取电电容C，其特征是：所述高压取电电容C一端与高压母线连接，从高压母线周围存在的电场中进行高压取电，另一端与变压器T的一次侧绕组连接，经变压器T对经所述高压取电电容C取得的高压交流电进行降压，降压后得到低压交流电，低压交流电经与所述变压器T的二次侧绕组连接的带有ACDC转换的取能控制板进行AD转换，得到24V的直流电；所述变压器T的一次侧绕组处还设置有过压保护，所述变压器T的二次侧绕组与所述ACDC转换板之间设置有电源保护，所述高压取电电容C与所述高压母线之间连接有高压熔断器，所述高压熔断器与所述高压取电电容C之间与分压电容C1的一端连接，所述分压电容C1的另一端与分压电容C2的一端连接，所述分压电容C2的另一端与所述变压器T的一次侧绕组的负极一起接地，所述分压电容C2上并联有低压互感器B，所述低压互感器B的另一端与FTU设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，其特征是：所述分压电容C2与所述FTU设备之间的电缆采用低容性、双屏蔽层的连接电缆。
3.根据权利要求1所述的一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，其特征是：所述过压保护为高压防护，采用高压压敏电阻，对瞬时的过电压进行防护，保证变压器不会过电压而损坏。
4.根据权利要求3所述的一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，其特征是：所述电源保护为低压整流防护，采用TVS管和半导体放电管对低压侧进行防护，所述TVS管上连接有散热器。
5.根据权利要求1所述的一种电容式高压自取电电源和测量一体装置，其特征是：所述分压电容C1是高压电容，所述分压电容C2是低压电容，所述高压取电电容C、分压电容C1和分压电容C2均采用单体的陶瓷电容。
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