CN114977463A - 一种高压互感器供能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压互感器供能装置，所述高压互感器包括高压侧与低压侧，所述供能装置包括光伏发电系统、光线遮蔽罩、伞形绝缘树脂罩、导光玻璃柱、激光器以及光源遮蔽罩，所述伞形绝缘树脂罩一端与所述光线遮蔽罩连接，另一端与所述光源遮蔽罩连接，所述激光器设置在所述光源遮蔽罩内，所述伞形绝缘树脂罩包覆于所述导光玻璃柱周侧，所述光伏发电系统设置在所述光线遮蔽罩远离所述伞形绝缘树脂罩的端部，所述导光玻璃柱与所述光伏发电系统之间设置有光学透镜，所述光学透镜设置在所述光线遮蔽罩靠近所述导光玻璃柱的一端；所述导光玻璃柱长度方向为曲线型或者直线型，该发明解决了现有技术中对高压电子式互感器持续稳定供能的问题。
Description
技术领域
本发明属于互感器领域，尤其涉及一种高压互感器供能装置。
背景技术
电子互感器是电力系统核心传感器，是电能计量，电力设备、线路的保护，电网质量评价的核心元器件，目前高压电子互感器高压端采集单元供电方案一般采用激光供能与母线电流取能组合方案：当一次电流较大时，由取能线圈从一次线路取电供能；当一次电流较小时，由激光器提供电源，两种供电方式无缝切换。
但现有技术中，当一次电流较小时，一般直接切换为激光供能，通过激光照射光伏板发电；而激光器功率越大，寿命越短，如果长时间工作在驱动电流比较大的状态，激光二极管容易发生老化现象等导致工作寿命迅速降低。目前国内各厂家所使用激光器的寿命通常在2 万小时左右，远远达不到电力系统对互感器的要求；且受制于光伏发电系统件能量密度限制，激光器能量不能过高，否则会烧毁光电器件。
而且激光器、光电池这些光学器件其效率和使用寿命与工作温度密切相关，随着温度的升高，光电池和激光电源的转换效率下降，且激光辐照光电池会产生温升效应，导致温度上升并引起电池工作性能的改变，从而降低光电转换效率；因此，除了对这些价格高昂的器件进行必要的散热设计外，对其工作电流加以控制是极其重要的环节，这将从根本上降低系统发热。
再其次，现有技术中互感器中激光器发出的光线通过光纤传输，光纤是点光源，理论上可以提供高能激光束，但受制于光电转换器件能量密度限制，激光束能量不能过高，否则会烧毁光电器件，因此光纤供能很难获取足够能量。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出的一种高压互感器供能装置。
一种高压互感器供能装置，所述高压互感器包括高压侧与低压侧，所述供能装置包括光伏发电系统、光线遮蔽罩、伞形绝缘树脂罩、导光玻璃柱、激光器以及光源遮蔽罩，所述伞形绝缘树脂罩一端与所述光线遮蔽罩连接，另一端与所述光源遮蔽罩连接，所述激光器设置在所述光源遮蔽罩内，所述伞形绝缘树脂罩包覆于所述导光玻璃柱周侧，所述光伏发电系统设置在所述光线遮蔽罩远离所述伞形绝缘树脂罩的端部，所述导光玻璃柱与所述光伏发电系统之间设置有光学透镜，所述光学透镜设置在所述光线遮蔽罩靠近所述导光玻璃柱的一端；所述导光玻璃柱长度方向为曲线型或者直线型。
所述导光玻璃柱的截面为圆形。
所述光线遮蔽罩为锥形管状，所述光学透镜为单一凹透镜或为凸透镜和凹透镜组合而成。
所述高压互感器还包括功率控制模块，所述功率控制模块位于低压侧，从所述低压侧获取一次线路的电流信号，且功率控制模块由低压侧供电，所述功率控制模块包括温度处理电路和功率调整电路。
所述温度处理电路包括电阻R2,电阻R2的一端与温度传感器U1的out引脚相连接，电阻R2的另一端分别连接运放器U4A的同相端、晶闸管Q2的阳极、运放器U4A的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端分别连接温度传感器U1的vcc引脚，继电器K1的一端，开关S1的一端并连接正极性电源VCC，运放器U4A的输出端分别连接二极管D6的正极、非门U3D的输入端，二极管D6的负极与三极管Q3的基极相连接，三极管Q3的集电极与继电器K1的另一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R6的一端相连接，非门U3D的输出端与二极管D5的正极相连接，二极管D5的负极分别连接晶闸管Q2的控制极、电容C2的一端，晶闸管Q2的阴极与开关S2的一端相连接，电阻R6的另一端分别连接电容C2的另一端、温度传感器U1的gnd引脚并连接地。
所述功率调整电路包括电阻R1，电阻R1的一端与开关S6的一端相连接，开关S6的另一端连接电流信号，电阻R1的另一端分别连接开关S4的一端、稳压管D1的负极、电阻R13的一端、三极管Q1的基极、二极管D2的正极，电阻R13的另一端分别连接三极管Q1的发射极、温度处理电路中的开关S1的另一端，稳压管D1的正极分别连接电容C1的一端、继电器K2的一端、晶闸管Q6的控制极、与门U2A的1引脚，与门U2A的16引脚与晶闸管Q6的阴极相连接，晶闸管Q6的阳极分别连接温度处理电路中的三极管Q3的基极、二极管D6的负极，与门U2A的输出端分别连接二极管D4的正极、温度处理电路中的开关S2的另一端，二极管D4的负极分别连接二极管D7的正极、二极管D3的负极、监控平台，二极管D7的正极分别连接开关S3的一端、激光器7的2引脚，开关S3的另一端分别连接二极管D2的负极、继电器K3的一端，激光器7的1引脚与开关S5的一端相连接，开关S5的另一端分别连接电阻R4的一端、二极管D3的正极，电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极相连接，继电器K3的另一端分别连接继电器K2的另一端、电容C1的另一端、温度处理电路中的电阻R6的另一端并连接地。
综上所述，本发明的有益效果是：
（1）本申请中激光器发出的光通过玻璃柱以及凹透镜传播，玻璃柱一方面起到了绝缘的作用，另外，玻璃柱可以根据互感器的安装尺寸以及功率对其形状以及直径进行调节，激光器的功率可以做到很大，激光器发出的光在玻璃柱中进行全反射，均匀的将光源传导给光伏发电系统，相比于现有技术中的光纤传播，本申请中激光器的功率可以显著提高，进而互感器的功率也可以大幅提高。
（2）导光玻璃柱可以根据情况选用曲线型的，能够确保由激光器的光能垂直的传输至光伏发电系统的光伏板上，并且能够不受安装位置的影响。
（3）为互感器设置功率控制模块，所述功率控制模块包括温度处理电路与功率调整电路，解决了在实际使用过程中由于温度较高，激光器、光电池这些光学器件其效率和使用寿命下降，由于光电池的转换效率、激光电源输出效率受环境温度的影响,无法维持供能系统可靠、稳定地运行的问题，也避免了光电池的光电光电转换效率的下降；
（4）利用温度处理电路对激光器所处的环境温度进行检测，从而判断出是否将功率调整电路开启，并利用功率调整电路对互感器高压侧的电流进行判断，从而相应地对激光器的功率进行调整，使得互感器高压侧信号处理的最小系统运能够维持运行，避免对互感器的供电造成影响，也保证了互感器稳定运行。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明的系统原理图；
图3为本发明的温度处理电路的电路原理图；
图4为本发明的功率调整电路的电路原理图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种高压互感器供能装置的技术方案：
一种高压互感器供能装置，所述高压互感器包括高压侧1与低压侧11，所述供能装置包括光伏发电系统2、光线遮蔽罩3、伞形绝缘树脂罩5、导光玻璃柱6、激光器7、光源遮蔽罩8，伞形绝缘树脂罩5一端与光线遮蔽罩3连接另一端与光源遮蔽罩8连接，激光器7设置在光源遮蔽罩8内，伞形绝缘树脂罩5包覆于导光玻璃柱6周侧，光伏发电系统2设置在光线遮蔽罩3远离伞形绝缘树脂罩5的端部，导光玻璃柱6可以根据设备安装情况选择弯曲的或者直线型的，激光器7由低压侧11供电，激光器7发出的光束经由导光玻璃柱6后传输到光伏发电系统2上，光伏发电系统2将光能转换成电能后为互感器高压侧的信号处理单元供能。
光线遮蔽罩3为锥形管状，其中直径较小一端与伞形绝缘树脂罩5连接，直径较大的一端与光伏发电系统2的光伏板抵接，光线遮蔽罩3直径较小一端设置有光学透镜，在本实施例中光学透镜选用凹透镜4，在其他实施例中根据光线发散角度和方向可使用凹透镜4和凸透镜组合而成。
其中，导光玻璃柱6可以为其余高透光介质，例如亚克力等。
工作原理：由低压侧11供能的激光器7，经由导光玻璃柱6、光学透镜传递后，光线照射在光伏发电系统2的光伏板上，光伏板将光能转换成电能，产生的电能为互感器高压侧的信号处理单元供能。
激光器7通过导光玻璃柱6内全反射路径照射凹透镜4，通过凹透镜把漫射光源或平行激光源光束扩大，均匀照射到光电转换器件上。通过对激光器7的功率，导光玻璃柱6的截面积调整，使到达光电转换器件的光源能量满足互感器使用。全反射路径由导光玻璃柱6形状确定，可以根据安装位置进行随意调整，不必保持直线型，这样便于灵活装配。
如图2所示，进一步的，为了控制整个系统的发热，故本申请的互感器还包括功率控制模块9，所述功率控制模块9位于低压侧11，从低压侧信号处理单元获取一次线路的电流信号，且功率控制模块9由低压侧电源供电。所述功率控制模块9包括温度处理电路和功率调整电路。
如图3所示，所述温度处理电路利用温度传感器U1来检测激光器的温度信号，其中温度传感器U1可采用红外温度传感器进行温度探测，检测到的温度信号经电阻R2传输至运放器U4A上与电阻R3提供的温度上限信号进行比较，当运放器U4A输出的电平将二极管D6导通时，表明此时激光器的温度已经过高，超过了激光器的温度上限值，此时需对激光器的功率进行干预，二极管D6将三极管Q3导通，三极管Q3则通过继电器K1令开关S1闭合,令开关S2断开，此时功率调整电路启动；而当运放器U4A输出的电平通过非门U3D将二极管D5导通时，表明此时激光器上的温度还未超过温度上限值，此时无需对激光器的功率进行干预，二极管D5通过电容C2将晶闸管Q2导通，晶闸管Q2将此时的温度信号经闭合的开关S2以及二极管D4输出至监控平台，使得监控平台对激光器的温度进行监控，而当开关S2断开后，温度信号停止发送至功率调整电路上。
所述温度处理电路包括电阻R2,电阻R2的一端与温度传感器U1的out引脚相连接，电阻R2的另一端分别连接运放器U4A的同相端、晶闸管Q2的阳极、运放器U4A的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端分别连接温度传感器U1的vcc引脚，继电器K1的一端，开关S1的一端并连接正极性电源VCC，运放器U4A的输出端分别连接二极管D6的正极、非门U3D的输入端，二极管D6的负极与三极管Q3的基极相连接，三极管Q3的集电极与继电器K1的另一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R6的一端相连接，非门U3D的输出端与二极管D5的正极相连接，二极管D5的负极分别连接晶闸管Q2的控制极、电容C2的一端，晶闸管Q2的阴极与开关S2的一端相连接，电阻R6的另一端分别连接电容C2的另一端、温度传感器U1的gnd引脚并连接地。
如图4所示，所述功率调整电路在被温度处理电路中的开关S1启动时，开关S6受继电器K1控制而闭合，此时功率调整电路从低压侧信号处理单元获取一次线路的电流信号；电流信号经电阻R1传输至稳压管D1、三极管Q1、二极管D2上进行判断，当电流信号将稳压管D1导通时，表明此时互感器的高压侧提供的是大电流，由于此时一次线路是大电流，则互感器由取能线圈从一次线路取电给高压侧信号处理单元供电，激光器此时并不工作；同时稳压管D1将继电器K2导通，继电器K2令开关S4断开，使得二极管D2、三极管Q1停止对电流信号幅值的判断，且稳压管D1还通过电容C1将晶闸管Q6闭合，晶闸管Q6则将二极管D6输出的电平传输至与门U2A上与稳压管D1输出的电流信号进行与运算后输出提醒信号，提醒信号经二极管D4输出至监控平台，提醒监控平台此时激光器的温度过高需要注意或者派人检修。
而当电流信号将三极管Q1导通时，表明此时互感器高压侧的电流信号很弱甚至不存在，一次线路存在跳闸或者负载开路等情况，互感器不能从一次线路通过线圈取电，高压侧信号处理单元的供电全部由激光器负责，此时则需要激光器7处于中等功率运行状态，则三极管Q1经电阻R4、开关S5使得激光器7处在1档位，从而输出中等功率维持高压侧信号处理单元的最小系统运行所需的电能，且三极管Q1通过电阻R4、二极管D3输出第一档位信号至监控平台，提醒监控平台此时为了互感器的使用，将激光器7调整至1档位，且此时温度较高，提醒监控平台此时激光器工作的环境温度过高需要注意或者派人检修。
之所以激光器采用中等功率，一是因为温度较高，无法全功率运行，而且中等功率运行仅保持高压侧信号处理单元维持最基本的监测功能即可，尽可能减少用电消耗。激光器采用中等功率供电，可以使得激光器的散热系统尽快的将热量散发掉，使得激光器尽早恢复正常工作状态。
而当电流信号将二极管D2导通时，则表明此时互感器高压侧的电流较小（但比将三极管Q1导通时的大），则此时采用一次线路线圈取电与激光器供电相结合的方式。同时，二极管D2将继电器K3导通，则继电器K3令开关S3闭合，令开关S5断开，即激光器7变换为2档位，输出低功率，仅维持高压侧信号处理的最小系统运行所需的电能，且二极管D2通过开关S3、二极管D7输出第二档位信号至监控平台，提醒此时为了互感器的使用，将激光器7调整至2档位。
之所以激光器采用低功率，一是因为温度较高，无法全功率运行，而且一次线路有小电流，则采用一次线路线圈取电与激光器供电相结合的方式，通过二者的结合满足高压侧信号处理单元所需的电能，减少激光器的功率负荷。同时，由于高压侧的一次线路处于小电流状态，则表明一次线路系统内负载不稳定或者线路本身不稳定，则仅保持高压侧信号处理单元维持最基本的监测功能即可，尽可能减少互感器高压侧信号处理单元的用电消耗，同时，激光器采用低功率供电，可以使其内部散热系统尽快的将热量散掉，尽早使得激光器恢复正常工作。
所述功率调整电路包括电阻R1，电阻R1的一端与开关S6的一端相连接，开关S6的另一端连接电流信号，电阻R1的另一端分别连接开关S4的一端、稳压管D1的负极、电阻R13的一端、三极管Q1的基极、二极管D2的正极，电阻R13的另一端分别连接三极管Q1的发射极、温度处理电路中的开关S1的另一端，稳压管D1的正极分别连接电容C1的一端、继电器K2的一端、晶闸管Q6的控制极、与门U2A的1引脚，与门U2A的16引脚与晶闸管Q6的阴极相连接，晶闸管Q6的阳极分别连接温度处理电路中的三极管Q3的基极、二极管D6的负极，与门U2A的输出端分别连接二极管D4的正极、温度处理电路中的开关S2的另一端，二极管D4的负极分别连接二极管D7的正极、二极管D3的负极、监控平台，二极管D7的正极分别连接开关S3的一端、激光器7的2引脚，开关S3的另一端分别连接二极管D2的负极、继电器K3的一端，激光器7的1引脚与开关S5的一端相连接，开关S5的另一端分别连接电阻R4的一端、二极管D3的正极，电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极相连接，继电器K3的另一端分别连接继电器K2的另一端、电容C1的另一端、温度处理电路中的电阻R6的另一端并连接地。
一种高压互感器的工作方法：
S1：实时监控激光器的温度以及一次线路的电流；
S2：当一次线路中电流正常时，激光器的温度仅发送监控平台提醒，激光器不工作；
S3：当一次线路中电流为0时，若激光器温度正常，则不对激光器功率进行调整；
S4：当一次线路中电流为0时，若激光器温度超过正常温度阈值，使得激光器为一档功率；
S5：当一次线路中电流远低于正常值时，采用一次线路取电与激光器供电相结合的方式，若激光器温度未超过正常温度阈值，使得激光器为三档功率；
S6：当一次线路中电流低于正常值时，采用一次线路取电与激光器供电相结合的方式，若激光器温度超过正常温度阈值，使得激光器为二档功率；
其中，三档功率大于一档功率，一档功率大于二档功率。
其中，本申请中的高压互感器有以下几种供电方式：
当一次线路中电流正常时，采用取能线圈直接从一次线路中取电，供高压侧信号处理单元使用；
当一次线路中电流低于正常值时，采用取能线圈与激光器供电相结合的方式，取能线圈获取的电能与激光器产生的电能共同供高压侧信号处理单元使用；
当一次线路中电流远低于正常值时，采用取能线圈与激光器供电相结合的方式，取能线圈获取的电能与激光器产生的电能共同供高压侧信号处理单元使用；
此种情况下，若是激光器工作一段时间后，激光器温度较高，则此时激光器采用二档功率运行，即低功率运行，此时高压侧信号处理单元采用最小系统工作，尽可能节省电能消耗，维持高压侧信号处理单元的基本功能即可；
当一次线路中电流为0时，采用激光器供电的方式，激光器负责高压侧信号处理单元工作所消耗的全部电能；
此种情况下，若是激光器工作一段时间后，激光器温度较高，则此时激光器采用一档功率运行，即中等功率运行，此时高压侧信号处理单元采用最小系统工作，尽可能节省电能消耗，维持高压侧信号处理单元的基本功能即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高压互感器供能装置，其特征在于所述高压互感器包括高压侧（1）与低压侧（11），所述供能装置包括光伏发电系统(2)、光线遮蔽罩(3)、伞形绝缘树脂罩(5)、导光玻璃柱(6)、激光器(7)以及光源遮蔽罩(8)，所述伞形绝缘树脂罩(5)一端与所述光线遮蔽罩(3)连接，另一端与所述光源遮蔽罩(8)连接，所述激光器(7)设置在所述光源遮蔽罩(8)内，所述伞形绝缘树脂罩(5)包覆于所述导光玻璃柱(6)周侧，所述光伏发电系统(2)设置在所述光线遮蔽罩(3)远离所述伞形绝缘树脂罩(5)的端部，所述导光玻璃柱(6)与所述光伏发电系统(2)之间设置有光学透镜，所述光学透镜设置在所述光线遮蔽罩(3)靠近所述导光玻璃柱(6)的一端；所述导光玻璃柱(6)长度方向为曲线型。
2.根据权利要求1所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述导光玻璃柱(6)的截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述导光玻璃柱(6)长度方向为直线型。
4.根据权利要求1所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述光线遮蔽罩(3)为锥形管状，所述光学透镜为单一凹透镜(4)或为凸透镜和凹透镜(4)组合而成。
5.根据权利要求1所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述高压互感器还包括功率控制模块（9），所述功率控制模块（9）位于低压侧（11），从所述低压侧（11）获取一次线路的电流信号，且功率控制模块（9）由低压侧（11）供电，所述功率控制模块（9）包括温度处理电路和功率调整电路。
6.根据权利要求5所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述温度处理电路包括电阻R2,电阻R2的一端与温度传感器U1的out引脚相连接，电阻R2的另一端分别连接运放器U4A的同相端、晶闸管Q2的阳极、运放器U4A的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端分别连接温度传感器U1的vcc引脚，继电器K1的一端，开关S1的一端并连接正极性电源VCC，运放器U4A的输出端分别连接二极管D6的正极、非门U3D的输入端，二极管D6的负极与三极管Q3的基极相连接，三极管Q3的集电极与继电器K1的另一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R6的一端相连接，非门U3D的输出端与二极管D5的正极相连接，二极管D5的负极分别连接晶闸管Q2的控制极、电容C2的一端，晶闸管Q2的阴极与开关S2的一端相连接，电阻R6的另一端分别连接电容C2的另一端、温度传感器U1的gnd引脚并连接地。
7.根据权利要求5所述的一种高压互感器供能装置，其特征在于：所述功率调整电路包括电阻R1，电阻R1的一端与开关S6的一端相连接，开关S6的另一端连接电流信号，电阻R1的另一端分别连接开关S4的一端、稳压管D1的负极、电阻R13的一端、三极管Q1的基极、二极管D2的正极，电阻R13的另一端分别连接三极管Q1的发射极、温度处理电路中的开关S1的另一端，稳压管D1的正极分别连接电容C1的一端、继电器K2的一端、晶闸管Q6的控制极、与门U2A的1引脚，与门U2A的16引脚与晶闸管Q6的阴极相连接，晶闸管Q6的阳极分别连接温度处理电路中的三极管Q3的基极、二极管D6的负极，与门U2A的输出端分别连接二极管D4的正极、温度处理电路中的开关S2的另一端，二极管D4的负极分别连接二极管D7的正极、二极管D3的负极、监控平台，二极管D7的正极分别连接开关S3的一端、激光器(7)的2引脚，开关S3的另一端分别连接二极管D2的负极、继电器K3的一端，激光器(7)的1引脚与开关S5的一端相连接，开关S5的另一端分别连接电阻R4的一端、二极管D3的正极，电阻R4的另一端与三极管Q1的集电极相连接，继电器K3的另一端分别连接继电器K2的另一端、电容C1的另一端、温度处理电路中的电阻R6的另一端并连接地。
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