CN202150743U - 高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统 - Google Patents
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Abstract
高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，由取能、变压、整流滤波和稳压四部分组成：环形带铁芯(19)的线圈(1)在线取能，其输出接变压器(7)，变压器并联有由稳压二极管(3)、(20)和分压电阻(6)组成的电压取样电路，稳压二极管两端通过限流电阻(5)接到继电器的线圈输入端(4)，继电器的触点输出(8)接到变压器的副边的两个引出端；变压器的输出接全波整流电路，整流电路的输出接一个平波电抗器(13)实现滤波；在整流滤波电路的输出上接一个由瞬态抑制二极管(22)和一个耗能电阻(21)组成的保护电路；整流滤波电路的输出接稳压电路，稳压电路主要由DC/DC模块LM2576(15)来实现其功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源系统，尤其是交流高压输电线路检测、监测装置的在线取能电源系统，主要是用于给高压输电线路检测、监测装置提供稳定可靠、易于实现而且方便维护的电源。
背景技术
在对输电线路导线覆冰状态、导线温度、导线微风振动、雷击故障等进行在线监测时，其电源的供给是关键问题之一，由于各种信号采集及数据发送单元都在架空线附近，不可能使用常规电源。而且由于电源工作在野外，工作环境恶劣，对电源可靠性和易于维护性都提出了很高的要求，因此，开发出性能良好的特种电源并将其应用于输电线路在线检测、监测系统，具有重要的实用价值。
目前应用最多的供电方式是太阳能供电，但这种方式受气候条件影响较大，在阴雨天和夜晚都不能有效供电，必须配合蓄电池来工作，并且存在转换效率不高、电源寿命不长和维护周期太短的缺点；激光供能在电子电流互感器和有源型光学电流互感器上得到了应用，但采用这种供电方式的电源不适合在野外工作，而且激光供能同样存在转换效率低下的缺陷，并且造价高昂。
实用新型内容
为了给输电线路检测、监测装置提供稳定可靠、方便维护而且易于实现、造价低廉的电源，鉴于目前采用的太阳能供电存在的诸多缺点，本实用新型提供了一种利用Rogowski(洛氏)线圈通过耦合的方式直接从输电导线上在线取能的电源系统。
本实用新型提供的高压输电线路耦合取能电源系统主要包括线圈取能、耦合变压器变压、全波整流滤波电路整流滤波和DC/DC变换器稳压四部分，取能线圈的输出接耦合变压器的输入，耦合变压器的输出接全波整流电路，全波整流滤波电路的输出经DC/DC模块稳压输出。
线圈取能为利用一个环形超微晶铁芯的Rogowski线圈通过互感耦合的方式从输电导线上在线取能，输电导线垂直于铁芯的环面穿心而过，为了方便安装，铁芯做成两个半环的结构。为了防止输电导线中出现较大工作电流时铁芯饱和进而引起感应电压波形畸变，以及产生的过电压对后续电路造成损害，在铁芯上开有一道厚度为0.1cm的气隙。
取能线圈的输出接一个耦合变压器，变压器的变比分为两个可以切换的档级，变压器的副边线圈有头端、尾端和中间三个引出端，其中中间和尾端两个引出端之间的线圈匝数为整个副边线圈匝数的5/6，中间和尾端两个引出端可以通过一个继电器触点的闭合来短接。在变压器的原边并联有一个由分压电阻和两个稳压二级管组成的电压取样电路，将两个稳压二极管的电压经过一个保护电阻输出到一个交流继电器的线圈输入上，继电器的触点输出接到变压器副变的中间和尾端两个引出端上。
当输电线路处于大电流运行状态时，在Rogowski线圈上会感应出很高的感应电压，当这个电压超过一定阀值范围，达到继电器触发电压时，会触发继电器的触点闭合，从而将变压器副边的一部分线圈短接，将变压器变比降低到原来的1/6，从而将整流电路的输入电压控制在预定范围之内。
变压器的输出接一个全波整流桥电路来将交流变为直流，整流桥器件要满足其反向耐压大于变压器提供的最大输出电压，选用反向压降比较小的肖特基二极管，以保证在母线小电流情况下，因整流桥反向导通压降而损失掉的电压尽量小，在全波整流电路的输出加一个平波电抗器来滤波。
为了防止冲击电流对DC/DC模块造成损害，在整流滤波电路的输出端接有一个保护电路，保护电路由一个瞬态抑制二极管和一个耗能电阻串联组成，瞬态抑制二极管一端连在平波电抗的输出端，另外一端和耗能电阻并联，耗能电阻的另外一端接在整流桥电路的低电位输出端。当整流桥输出电压较低时，保护电路不工作，不会降低后端DC/DC模块的输入电压。当整流桥输出电压过高，超出DC/DC模块的输入电压范围时，保护电路导通，能量由耗能电阻消耗掉，保证后端电路处于安全范围之内。
感应电压经过整流、滤波后得到的直流电压会随电网电压和电流的波动、负载和温度的变化而变化，因此需要经DC/DC模块处理以维持输出直流电压稳定，从而满足高压侧测量装置的供电需求，整流滤波电路的输出端高电位接LM2576的输入引脚，整流滤波电路的输出端低电位接地，同时LM2576的接地端和使能端直接接地，在输入端和地之间加输入电容14，LM2576的输出端和地之间加续流二极管16，LM2576的输出端后串入储能电感17，LM2576的反馈端接到储能电感的输出上。DC/DC选用集成芯片LM2576组成，基于LM2576的稳压方案现在已经十分成熟，只需加入很少的外围器件就可以得到稳定的输出电压。
本实用新型改变以往传统利用太阳能的取电方式，通过Rogowski线圈直接从输电母线上在线取能，通过一个变压器分级变压来实现过压保护，同时加入了一个防冲击电流保护，结构简单，可靠性高，而且不用定期维护，特别适合作为高压输电线路检测、监测装置的电源。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明：
附图是本实用新型实施例的电路图。
图中1.线圈，2.输电导线，3.第一稳压二极管，4.继电器线圈，5.限流电阻，6.分压电阻，7.耦合变压器，8.继电器触点，9.肖特基二极管，10.肖特基二极管，11.肖特基二极管，12.肖特基二极管，13.平波电抗，14.输入电容，15.DC/DC模块LM2576，16.续流二极管，17.输出电容，18.储能电感，19.带气隙的铁芯，20.第二稳压二极管，21.耗能电阻，22.瞬态抑制二极管。
具体实施方式
如附图所示，Rogowski线圈1绕制在环形铁芯19之上，环形铁芯19选用材质为硅钢片，截面为矩形，为了防止饱和，在铁芯19上开有一道气隙，气隙宽度为0.1CM。输电导线2垂直线圈穿心而过，当输电线2中流过交流工作电流时，就可以在线圈1的两端耦合感应出一个交流电压。
Rogowski取能线圈1的输出接到一个耦合变压器7，耦合变压器7的副边有头端、尾端和中间三个引出端，其中下面尾端和中间两个引出端之间的线圈匝数为整个副边线圈匝数的5/6，通过将尾端和中间两个引出端短接可以改变变压器副边的有效线圈匝数，从而达到改变变压器7变比的目的。变压7器副边部分线圈的短接是通过一个继电器触点8的闭合来实现的(继电器未画出)。在变压器7原边并联有一个电压取样电路，电压取样电路由第一、第二两个稳压二极管3、20和一个分压电阻6组成，第一、第二两个稳压二极管3、20反向串联后与分压电阻6串联。将第一、第二两个二极管3、20两端的电压经过一个限流电阻5加到继电器的线圈输入4上面，当变压器7原边电压超过一定值时，引起电压取样电路稳压二极管两端电压升高，触发继电器触点8闭合，从而改变变压器7的变比，使其输出电压控制在一定范围之内。
全波整流滤波电路包括典型的桥式全波整流电路，第一、第二二极管9、11阴极相连形成串联，第三、第四二极管10、12阳极相连形成串联，然后一起并联接在变压器7的输出端。然后从二级管的共阴极点和共阳极点引出整流电路的输出端，在整流电路的输出串联有一个平波电抗器13，利用平波电抗器13来滤除整流输出中的谐波电流。
DC/DC稳压电路由DC/DC集成芯片LM2576及相关外围器件组成，整流滤波电路的高电位输出端接LM2576的输入VIN端口，整流滤波电路的低电位输出端接LM2576的使能端口
，同时使能端口
和GND端口接地，在VIN端口和使能端口之间接输入电容14，LM2576的OUT端口接储能电感18，LM2576的反馈端口接储能电感18的输出。LM2576的OUT端口通过一个续流二极管16接地，同时在储能电感18输出端和地之间接输出电容17。如此在储能电感的输出端就可以得到稳定可调的直流电压。
为了防止输电线路中的冲击电流引起的过压损坏DC/DC模块，在其输入端加有一个保护电路，保护电路由耗能电阻21和瞬态抑制二极管22串联组成，瞬态抑制二极管22阴极接整流滤波电路的高电位输出，另一端接耗能电阻21，耗能电阻21另一端接整流滤波电路的低电位输出，在整流滤波电路输出电压过高时，保护电路导通，电能由耗能电阻消耗掉，从而对后端电路形成保护。
Claims (6)
1.一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：包括线圈取能(1)、耦合变压器变压(7)、全波整流滤波电路整流滤波和DC/DC变换器稳压四部分，取能线圈的输出接耦合变压器的输入，耦合变压器的输出接全波整流滤波电路，全波整流电路的输出经DC/DC模块稳压输出。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：所述的线圈取能部分为：一个环形超微晶铁芯(19)的Rogowski线圈(1)，输电导线(2)垂直于铁芯(19)的环面穿心而过，铁芯上开有气隙。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：所述的耦合变压器(7)的副边线圈有头端、尾端和中间三个引出端，尾端和中间两个引出端的线圈匝数为整个副边线圈匝数的5/6，在耦合变压器的原边并联有一个由稳压二极管(3)、(20)和分压电阻(6)串联组成的电压取样电路，继电器线圈输入通过一个保护电阻(5)接在两个串联的稳压二极管两端，继电器触点输出接在变压器副边线圈的尾端和中间两个引出端上。
4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：所述的全波整流滤波电路包括采用由四个肖特基二极管(9、10、11、12)组成的全波整流电路，在全波整流电路的输出加一个平波电抗器(13)来滤波。
5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：在整流滤波电路后加一个由瞬态抑制二极管(22)和一个耗能电阻(21)组成的保护电路，瞬态抑制二极管一端连在平波电抗的输出端，另外一端和耗能电阻并联，耗能电阻的另外一端接在整流桥电路的低电位输出端。
6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路故障监测的耦合取能电源系统，其特征是：所述的稳压部分采用DC/DC模块LM2576(15)来实现，整流滤波电路的输出端高电位接LM2576的输入引脚，整流滤波电路的输出端低电位接地，同时LM2576的接地端和使能端直接接地，在输入端和地之间加输入电容(14)，LM2576的输出端和地之间加续流二极管(16)，LM2576的输出端后串入储能电感(17)，LM2576的反馈端接到储能电感的输出上。
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