CN115276400A - 能源获取电路、sf6气体密度继电器和高压一次设备能源获取电路及方法 - Google Patents

能源获取电路、sf6气体密度继电器和高压一次设备能源获取电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能源获取电路，用于将微安级电流源变换为低电压毫安级能源，包括并联设置的至少两级降压倍流单元、触发电路和充电电容C1，每一级所述降压倍流单元包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，所述触发电路包括电压触发器件D2和单向可控硅或场效应管Q1；本发明还公开了一种高压一次设备能源获取电路及方法；本发明通过能源获取电路直接从SF6气体密度继电器的报警接点DC220V电源或者高压一次设备的泄漏电流获取微安级能源，免除SF6密度继电器或者高压一次设备敷设独立的电源电缆。

Description

能源获取电路、SF6气体密度继电器和高压一次设备能源获取 电路及方法
技术领域
本发明涉及能源获取技术领域，特别是一种能源获取电路、SF6气体密度继电器和高压一次设备能源获取电路及方法。
背景技术
传统的SF6密度继电器均以指针方式指示出SF6气体的20℃压力值(工程中均以20℃温度下的压力值代表SF6气体密度)，结合设定的报警值、闭锁值进行接点式信息输出。目前国内外有一种具备远传功能的SF6密度继电器，其需要提供独立的工作电源其一般为DC24V电源，此种设备在工程实施中需要现场开沟敷设大量的电源电缆、供电器和电源端子箱，工程实施工作量大后期维护难，针对老旧变电设施更是具有实施安全风险。
另外，传统的避雷器均以机械式放电计数器进行监视工作，其通过机械指针电流表在现场指示避雷器泄漏电流、机械计数器在现场显示避雷器放电事件累积次数，需要工作人员定期抄录数据分析。目前国内外有一种具备在线测量避雷器泄漏电流的便携式测试仪，但仍然需要工作人员携带测试仪定期到现场进行试验测试工作和人工分析数据。目前国内外还有一种替换机械式放电计数器的在线监测设备，其具备在线监测避雷器泄漏电流和避雷器放电事件和数据远传功能，但其设备体积庞大且需要敷设独立的供电电缆和通信电缆，导致工程实施中需要现场开沟敷设大量的电缆，工程实施工作大后期维护难，针对老旧变电站更具有实施安全风险高的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能源获取电路、SF6气体密度继电器和高压一次设备能源获取电路及方法，本发明可免除敷设独立的电源电缆。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种能源获取电路，用于将微安级电流源变换为低电压毫安级能源，包括并联设置的至少两级降压倍流单元、触发电路和充电电容C1，每一级所述降压倍流单元包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，所述触发电路包括电压触发器件D2和单向可控硅或场效应管Q1；所述微安级电流源的正输出端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，串联充电隔离二极管D3的阴极与所述能源存储电容C2的一端连接，能源存储电容C2的另一端与下一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，最后一级降压倍流单元的能源存储电容C2与所述微安级电流源的负输出端连接，每一级所述并联放电正极隔离二极管D4的阳极与串联充电隔离二极管D3的阴极连接，每一级并联放电正极隔离二极管D4的阴极与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，单向可控硅或场效应管Q1通过电阻R2与所述充电电容C1的一端连接，每一级所述并联放电负极隔离二极管D5的阴极与所述能源存储电容C2的输出端连接，每一级并联放电负极隔离二极管D5的阳极与所述充电电容C1的另一端连接；所述电压触发器件D2的一端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，电压触发器件D2的另一端通过电阻R3与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，用于控制所述单向可控硅或场效应管导通Q的导通与截止，从而使降压倍流单元通过单向可控硅或场效应管Q1以及电阻R2对充电电容C1进行充电储能，从而得到低电压毫安级恒流源。
作为本发明的进一步改进，该能源获取电路还包括电压比较器U1和DC/DC变换器U2，所述充电电容C1与所述DC/DC变换器U2连接，所述电压比较器U1根据充电电容C1的电压控制所述DC/DC变换器U2的使能端开启电源调整并输出稳定供电电压的低电压毫安级能源。
作为本发明的进一步改进，所述充电电容C1为法拉第电容或锂离子电容。
作为本发明的进一步改进，所述电压触发器件D2为电压触发二极管。
本发明还提供一种SF6气体密度继电器能源获取电路，用于将高电压恒压源变换为低电压毫安级能源，包括如上所述的能源获取电路，还包括限流电路，所述限流电路设于第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极之间。
作为本发明的进一步改进，该SF6气体密度继电器能源获取电路还包括桥式整流器D1，所述桥式整流器D1设于所述高电压恒压源与所述限流电路之间，或者所述桥式整流器D1设于所述限流电路与所述降压倍流单元之间，用于实现电源的正负极极性匹配。
作为本发明的进一步改进，所述限流电路为串联型恒流源I1或限流电阻。
本发明还提供一种SF6气体密度继电器能源获取方法，采用如上所述的SF6气体密度继电器能源获取电路，将所述SF6气体密度继电器能源获取电路和所述SF6气体密度继电器的报警接点并联后接入电力二次系统回路之中，SF6气体密度继电器能源获取电路将从所述电力二次系统回路获取的高电压恒压源变换为低电压毫安级能源后向SF6气体密度继电器电子电路部分的各电路模块供电。
本发明还提供一种高压一次设备能源获取电路，用于将交流电流源变换为低电压毫安级能源，包括如上所述的能源获取电路，还包括桥式整流器D7，所述桥式整流器D7设于所述交流电流源和所述降压倍流单元之间，用于将高压一次设备的交流泄漏电流经D7整流为直流电流源。
作为本发明的进一步改进，还包括保护电路，所述保护电路包括氧化锌电阻片RV1、线绕电阻R1和电压型触发二极管D6，所述氧化锌电阻片RV1串联于高压一次设备的泄漏电流接地回路中，氧化锌电阻片RV1的一端经所述线绕电阻R1与所述桥式整流器D7的其中一个输入端连接，氧化锌电阻片RV1的另一端与所述桥式整流器D7的另外一个输入端连接，所述电压型触发二极管D6并联于所述桥式整流器D7的两个输入端之间。
作为本发明的进一步改进，所述高压一次设备为避雷器或电容型设备。
本发明还提供一种高压一次设备能源获取方法，采用如上所述的高压一次设备能源获取电路，将所述高压一次设备能源获取电路串联接入高压一次设备泄漏电流接地回路中，高压一次设备能源获取电路获取被监测高压一次设备具备电流源特性的泄漏电流，将其变换为低电压毫安级能源后为电路模块供电。
本发明的有益效果是：
本发明通过能源获取电路直接从SF6气体密度继电器的报警接点DC220V电源或者高压一次设备的泄漏电流获取微安级能源，免除SF6密度继电器或者高压一次设备敷设独立的电源电缆。
附图说明
图1为实施例1中SF6气体密度继电器接点工程应用原理图；
图2为本发明实施例1的电路结构示意图；
图3为本发明实施例2的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
如图2所示，一种能源获取电路，用于将微安级电流源变换为低电压毫安级能源，包括并联设置的至少两级降压倍流单元、触发电路和充电电容C1，每一级所述降压倍流单元包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，所述触发电路包括电压触发器件D2和单向可控硅或场效应管Q1；所述微安级电流源的正输出端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，串联充电隔离二极管D3的阴极与所述能源存储电容C2的一端连接，能源存储电容C2的另一端与下一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，最后一级降压倍流单元的能源存储电容C2与所述微安级电流源的负输出端连接，每一级所述并联放电正极隔离二极管D4的阳极与串联充电隔离二极管D3的阴极连接，每一级并联放电正极隔离二极管D4的阴极与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，单向可控硅或场效应管Q1通过电阻R2与所述充电电容C1的一端连接，每一级所述并联放电负极隔离二极管D5的阴极与所述能源存储电容C2的输出端连接，每一级并联放电负极隔离二极管D5的阳极与所述充电电容C1的另一端连接；所述电压触发器件D2的一端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，电压触发器件D2的另一端通过电阻R3与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，用于控制所述单向可控硅或场效应管导通Q的导通与截止，从而使降压倍流单元通过单向可控硅或场效应管Q1以及电阻R2对充电电容C1进行充电储能，从而得到低电压毫安级恒流源。
在本实施例中，该能源获取电路还包括电压比较器U1和DC/DC变换器U2，所述充电电容C1与所述DC/DC变换器U2连接，所述电压比较器U1根据充电电容C1的电压控制所述DC/DC变换器U2的使能端开启电源调整并输出稳定供电电压的低电压毫安级能源。
在本实施例中，所述充电电容C1为法拉第电容或锂离子电容。
在本实施例中，所述电压触发器件D2为电压触发二极管。
本实施例还提供一种SF6气体密度继电器能源获取电路，用于将高电压恒压源变换为低电压毫安级能源，包括如上所述的能源获取电路，还包括限流电路，所述限流电路设于第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极之间。
在本实施例中，该SF6气体密度继电器能源获取电路还包括桥式整流器D1，所述桥式整流器D1设于所述高电压恒压源与所述限流电路之间，或者所述桥式整流器D1设于所述限流电路与所述降压倍流单元之间，用于实现电源的正负极极性匹配。
在本实施例中，所述限流电路为串联型恒流源I1或限流电阻。
本实施例还提供一种SF6气体密度继电器能源获取方法，采用如上所述的SF6气体密度继电器能源获取电路，将所述SF6气体密度继电器能源获取电路和所述SF6气体密度继电器的报警接点并联后接入电力二次系统回路之中，SF6气体密度继电器能源获取电路将从所述电力二次系统回路获取的高电压恒压源变换为低电压毫安级能源后向SF6气体密度继电器电子电路部分的各电路模块供电。
下面对包括本实施能源获取电路SF6气体密度继电器的原理作进一步的说明：
如图1所示，SF6气体密度继电器在实际的工程应用中其报警、闭锁接点均以DC220V电源方式接入开入中间继电器或测控装置从而传递压力状态信息。SF6密度继电器MK1的报警接点和1ZJ中间继电器的线包串联接入DC220V电源，SF6气体处于正常压力值时报警接点处于开路状态，此时1ZJ中间继电器控制线包未加电中间继电器未吸合，报警接点两端电压等于DC220V电压，当SF6气体泄漏导致压力降低至设定报警值时报警接点闭合1ZJ中间继电器控制线包加电中间继电器吸合传递SF6气体压力低报警信息，报警接点两端约等于DC0V电压，中间继电器控制线包驱动吸合电流为数毫安级电流；SF6密度继电器MK2的报警接点和测控装置开入串联接入DC220V电源，其工作方式与上述中间继电器一致，测控装置开入驱动电流为数毫安级电流。
SF6气体密度继电器设计为直接从报警接点DC220V电源获取微安级能源，免除敷设独立的电源电缆。再如图2所示，串联型恒流源I1提供将DC220V电压源变换为微安级电流源，串联型恒流源I1还可以是简单的限流电阻，串联型恒流源I1在电路中可以串联接入桥式整流器D1之前亦可以串联接入桥式整流器D1之后。SF6密度继电器在工程应用中报警接点不区分正负极，设计桥式整流器D1的作用是实现正负极自动极性匹配，串联型恒流源I1和桥式整流器D1串联接入DC220V电压源，匹配电源极性后输出最高电压为220V的微安级恒定电流。
微安级恒定电流向多个降压倍流单元串联充电，降压倍流单元由二极管和电容构成，包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，能源存储电容C2进行一次能源存储，将多级降压倍流单元通过串联充电隔离二极管D3串联对能源存储电容C2充电，充电完成后通过并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5将能源存储电容C2并联对后级电路供电，以此实现微安级电流高电压充电、毫安级电流低电压供电。
电压触发型器件D2，当串联的降压倍流单元组充电至电压触发型器件触发电压值时，电压触发型器件D2导通通过电阻R3控制单向可控硅或场效应管Q1导通，单向可控硅或场效应管Q1导通后多个降压倍流单元以并联的方式通过单向可控硅或场效应管Q1、电阻R2对法拉电容或锂离子电容器的充电电容C1进行充电储能。电路可通过调节降压倍流单元串联节数和电压触发型器件D2触发电压值调整倍流比和输出电压值。
当SF6密度继电器刚接入系统时初始储能开始时充电电容C1电压较低不足以支撑工作，电压比较器U1鉴别充电电容C1电压，当充电电容C1电压达到一定的阀值时电压比较器U1控制DC/DC变换器U2的EN使能端开启电源调节输出。Buck-Boost自动升降压型DC/DC变换器U2调节输出恒定电压，此电压供给整个数字电路电源。正常情况下SF6压力为额定值，报警接点开路能源获取电路正常工作，此时中间继电器上流过微安级电流但其远低于其动作阀值电流故不受影响，当SF6压力低于设定报警值时报警接点闭合中间继电器动作此时能源获取电路不能正常工作，依靠充电电容C1存储的能源提供电路继续工作。
实施例2
如图3所示，一种能源获取电路，用于将微安级电流源变换为低电压毫安级能源，包括并联设置的至少两级降压倍流单元、触发电路和充电电容C1，每一级所述降压倍流单元包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，所述触发电路包括电压触发器件D2和单向可控硅或场效应管Q1；所述微安级电流源的正输出端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，串联充电隔离二极管D3的阴极与所述能源存储电容C2的一端连接，能源存储电容C2的另一端与下一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，最后一级降压倍流单元的能源存储电容C2与所述微安级电流源的负输出端连接，每一级所述并联放电正极隔离二极管D4的阳极与串联充电隔离二极管D3的阴极连接，每一级并联放电正极隔离二极管D4的阴极与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，单向可控硅或场效应管Q1通过电阻R2与所述充电电容C1的一端连接，每一级所述并联放电负极隔离二极管D5的阴极与所述能源存储电容C2的输出端连接，每一级并联放电负极隔离二极管D5的阳极与所述充电电容C1的另一端连接；所述电压触发器件D2的一端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，电压触发器件D2的另一端通过电阻R3与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，用于控制所述单向可控硅或场效应管导通Q的导通与截止，从而使降压倍流单元通过单向可控硅或场效应管Q1以及电阻R2对充电电容C1进行充电储能，从而得到低电压毫安级恒流源。
在本实施例中，该能源获取电路还包括电压比较器U1和DC/DC变换器U2，所述充电电容C1与所述DC/DC变换器U2连接，所述电压比较器U1根据充电电容C1的电压控制所述DC/DC变换器U2的使能端开启电源调整并输出稳定供电电压的低电压毫安级能源。
在本实施例中，所述充电电容C1为法拉第电容或锂离子电容。
在本实施例中，所述电压触发器件D2为电压触发二极管。
本实施例还提供一种高压一次设备能源获取电路，用于将交流电流源变换为低电压毫安级能源，包括如上所述的能源获取电路，还包括桥式整流器D7，所述桥式整流器D7设于所述交流电流源和所述降压倍流单元之间，用于将高压一次设备的交流泄漏电流经D7整流为直流电流源。
在本实施例中，还包括保护电路，所述保护电路包括氧化锌电阻片RV1、线绕电阻R1和电压型触发二极管D6，所述氧化锌电阻片RV1串联于高压一次设备的泄漏电流接地回路中，氧化锌电阻片RV1的一端经所述线绕电阻R1与所述桥式整流器D7的其中一个输入端连接，氧化锌电阻片RV1的另一端与所述桥式整流器D7的另外一个输入端连接，所述电压型触发二极管D6并联于所述桥式整流器D7的两个输入端之间。
在本实施例中，所述高压一次设备为避雷器或电容型设备。
本实施例还提供一种高压一次设备能源获取方法，采用如上所述的高压一次设备能源获取电路，将所述高压一次设备能源获取电路串联接入高压一次设备泄漏电流接地回路中，高压一次设备能源获取电路获取被监测高压一次设备具备电流源特性的泄漏电流，将其变换为低电压毫安级能源后为电路模块供电。
下面以避雷器为例对包括本实施能源获取电路高压一次设备的原理作进一步的说明：
再如图3所示，具备恒流源特性的避雷器泄漏电流从1端口流入电路从2端口流出电路。氧化锌电阻片RV1提供避雷器放电时保护电路作用，其常态时为高阻抗状态避雷器的泄漏电流不流经RV1，当避雷器放电时氧化锌电阻片RV1导通电流流经RV1从而保护后续电路。线绕电阻R1具备电阻和电感的特性，常态时避雷器泄漏电流流经线绕电阻R1产生很小的端电压不影响电路工作，当避雷器放电时线绕电阻的电感特性阻止电流增加，同时线绕电阻的电阻特性产生较高的端电压进一步保护后续电路。电压型触发二极管D6，常态时为高阻抗截至状态，当避雷器放电时经线绕电阻保护后可能剩余的电压能量导致电压型触发二极管D6导通释放能量保护后续电路。去耦滤波电容C1进行去耦滤波净化纹波干扰。
避雷器的交流泄漏电流经D7整流为直流恒流源，然后通过能源获取电路将其变换为低电压毫安级能源，然后为电路模块供电，例如高压一次设备的监测装置的电路模块供电，其能源获取电路的工作原理与实施例1相同。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种能源获取电路，其特征在于，用于将微安级电流源变换为低电压毫安级能源，包括并联设置的至少两级降压倍流单元、触发电路和充电电容C1，每一级所述降压倍流单元包括串联充电隔离二极管D3、并联放电正极隔离二极管D4、并联放电负极隔离二极管D5和能源存储电容C2，所述触发电路包括电压触发器件D2和单向可控硅或场效应管Q1；所述微安级电流源的正输出端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，串联充电隔离二极管D3的阴极与所述能源存储电容C2的一端连接，能源存储电容C2的另一端与下一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，最后一级降压倍流单元的能源存储电容C2与所述微安级电流源的负输出端连接，每一级所述并联放电正极隔离二极管D4的阳极与串联充电隔离二极管D3的阴极连接，每一级并联放电正极隔离二极管D4的阴极与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，单向可控硅或场效应管Q1通过电阻R2与所述充电电容C1的一端连接，每一级所述并联放电负极隔离二极管D5的阴极与所述能源存储电容C2的输出端连接，每一级并联放电负极隔离二极管D5的阳极与所述充电电容C1的另一端连接；所述电压触发器件D2的一端与第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极连接，电压触发器件D2的另一端通过电阻R3与所述单向可控硅或场效应管Q1连接，用于控制所述单向可控硅或场效应管导通Q的导通与截止，从而使降压倍流单元通过单向可控硅或场效应管Q1以及电阻R2对充电电容C1进行充电储能，从而得到低电压毫安级恒流源。
2.根据权利要求1所述的能源获取电路，其特征在于，该能源获取电路还包括电压比较器U1和DC/DC变换器U2，所述充电电容C1与所述DC/DC变换器U2连接，所述电压比较器U1根据充电电容C1的电压控制所述DC/DC变换器U2的使能端开启电源调整并输出稳定供电电压的低电压毫安级能源。
3.根据权利要求1或2所述的能源获取电路，其特征在于，所述充电电容C1为法拉第电容或锂离子电容。
4.根据权利要求1所述的能源获取电路，其特征在于，所述电压触发器件D2为电压触发二极管。
5.一种SF6气体密度继电器能源获取电路，其特征在于，用于将高电压恒压源变换为低电压毫安级能源，包括如权利要求1-4任一项所述的能源获取电路，还包括限流电路，所述限流电路设于第一级降压倍流单元的串联充电隔离二极管D3的阳极之间。
6.根据权利要求5所述的SF6气体密度继电器能源获取电路，其特征在于，该SF6气体密度继电器能源获取电路还包括桥式整流器D1，所述桥式整流器D1设于所述高电压恒压源与所述限流电路之间，或者所述桥式整流器D1设于所述限流电路与所述降压倍流单元之间，用于实现电源的正负极极性匹配。
7.根据权利要求5或6所述的SF6气体密度继电器能源获取电路，其特征在于，所述限流电路为串联型恒流源I1或限流电阻。
8.一种SF6气体密度继电器能源获取方法，其特征在于，采用如权利要求5-7任一项所述的SF6气体密度继电器能源获取电路，将所述SF6气体密度继电器能源获取电路和所述SF6气体密度继电器的报警接点并联后接入电力二次系统回路之中，SF6气体密度继电器能源获取电路将从所述电力二次系统回路获取的高电压恒压源变换为低电压毫安级能源后向SF6气体密度继电器电子电路部分的各电路模块供电。
9.一种高压一次设备能源获取电路，其特征在于，用于将交流电流源变换为低电压毫安级能源，包括如权利要求1-4任一项所述的能源获取电路，还包括桥式整流器D7，所述桥式整流器D7设于所述交流电流源和所述降压倍流单元之间，用于将高压一次设备的交流泄漏电流经D7整流为直流电流源。
10.根据权利要求9所述的高压一次设备能源获取电路，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括氧化锌电阻片RV1、线绕电阻R1和电压型触发二极管D6，所述氧化锌电阻片RV1串联于高压一次设备的泄漏电流接地回路中，氧化锌电阻片RV1的一端经所述线绕电阻R1与所述桥式整流器D7的其中一个输入端连接，氧化锌电阻片RV1的另一端与所述桥式整流器D7的另外一个输入端连接，所述电压型触发二极管D6并联于所述桥式整流器D7的两个输入端之间。
11.根据权利要求9或10所述的高压一次设备能源获取电路，其特征在于，所述高压一次设备为避雷器或电容型设备。
12.一种高压一次设备能源获取方法，其特征在于，采用如权利要求9-11任一项所述的高压一次设备能源获取电路，将所述高压一次设备能源获取电路串联接入高压一次设备泄漏电流接地回路中，高压一次设备能源获取电路获取被监测高压一次设备具备电流源特性的泄漏电流，将其变换为低电压毫安级能源后为电路模块供电。
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