CN203911596U - 一种高压电缆外部无线电源获取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压电缆外部无线电源获取装置，包括取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能单元包括取能部和调节部；通过取能单元的取能部取能，调节部监控取能部工作状态，适时调节；再将获得的能源输入能源管理电路；所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载。本实用新型增加另一个状态调节线圈，用于调节互感器工作状态，降低了磁芯内磁感应强度，能避免磁芯饱和，大大降低互感器工作时的声音及振动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源获取技术，特别是涉及一种低噪音、低振动的高压电缆外部无线电源获取装置。
背景技术
随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，电力系统输变电网络的规模也越来越大，尤其是110kV及以上等级的高压输变电网络。高压电缆以其占地少、敷设方便、人身安全保障、供电可靠性高、维护工作量少等优点在高压输变电网络中得到了广泛应用。这种类型的高压电缆大多采用直埋、隧道或桥架的安装方式，采用传统人工巡检维护的方式费时、费力，并且无法全面了解电缆的实时状态，所以目前多采用在线检测的方式，安装一些在线监测设备，如环流监测装置、电缆表面温度监测装置等等，在电缆工井或早期设计的电缆隧道中，通常没有市电或太阳能等电源供应设备，大大限制了在线检测技术的应用，为此，国内一些厂商利用电磁感应原理，设计了感应取能装置，利用特殊的电流互感器从运行的高压电缆上获取能量，供应给在线监测装置。
现有专利技术，通过耦合在运行电缆互感器取电，经整流稳压后供现场设备使用，已获得普遍应用。该技术的问题是：为了在较小电流输出较大功率，磁芯容易饱和，在较高电流时，互感器因为磁饱和发出声音并产生振动，声音产生扰民，限制了使用场合，振动会引起互感器及电缆加速老化。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是互感器因为磁饱和发出声音并产生振动，声音产生扰民，限制了使用场合，且振动会引起互感器及电缆加速老化。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种高压电缆外部无线电源获取装置，包括取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能单元包括取能部和调节部；所述取能部包括主取能线圈、保护电路、整流稳压电路、储能电容；主取能线圈的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；所述调节部包括状态调节线圈、主回路能量监测电路、可控补偿负载；所述状态调节线圈以相反方向与主取能线圈绕制在同一个磁芯，主回路能量监测电路的输入端连接前述取能部的储能电容的输出端，主回路能量监测电路的输出端连接可控补偿负载的输入端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈的输入端；所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载。
本实用新型的优点是：在磁芯的主取能线圈之外，再增加另一个状态调节线圈，用于调节互感器工作状态；该线圈与一个电压型可控补偿负载串联，当磁芯内磁感应强度超过设定值，状态调节线圈感应电压也超过设定值，可控补偿负载明显降低，状态调节线圈内流过感应电流，方向与磁化电流相反，降低了磁芯内磁感应强度，能避免磁芯饱和，大大降低互感器工作时的声音及振动。前述的保护电路、整流稳压电路、能量管理电路均可在现有的成熟电路中根据需要选择适用。
附图说明
图1是本实用新型的电路示意图。
图2是本实用新型保护电路的电路示意图。
图3是本实用新型主回路能量监测电路和可控补偿负载电路的连接电路图。
图4是本实用新型能量管理电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能单元包括取能部和调节部；所述取能部包括主取能线圈Wp、保护电路、整流稳压电路、储能电容；主取能线圈Wp的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；所述调节部包括状态调节线圈、主回路能量监测电路、可控补偿负载；所述状态调节线圈以相反方向与主取能线圈Wp绕制在同一个磁芯，主回路能量监测电路的输入端连接前述取能部的储能电容的输出端，主回路能量监测电路的输出端连接可控补偿负载的输入端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈的输入端；所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载ZL。
取能互感器安装在运行的单芯高压电缆母线上，根据电磁场理论，取能互感器的输出端会感应出能量，通过主取能线圈Wp、保护电路、整流稳压、储存电容处理后，可以将这个交流能量变为直流能量，供给给负载ZL。但由于高压电缆的负载电流I通常会在数十安培到数百安培的范围内变化，导致获得的能量大小也在不断变化。
现有公开专利技术，为了在数十安培的较小电流下能够获取较多的能量，通常采用高磁导率的磁芯材料，使磁芯在小电流时就工作在饱和状态，这样造成一个不好的情况，就是在数百安培的大电流时，磁芯由于工作在深度饱和状态，会发出“嗡嗡”声并产生振动。
本方案为解决这个问题，在取能互感器上增加了一个状态调节线圈Wa。当高压电缆负荷电流较大时，主取能线圈Wp输出电流i1升高，获取能量变大，超出负载所需能量，这时储能电容C上的电压升高，主回路能量监测部分实时监测储能电容C的电压，当发现电压大于额定值时，输出调节信号给可控补偿负载，调节该负载，状态调节线圈Wa输出电流i2升高。由于线圈Wa与主取能线圈Wp反向绕制，Wa与主取能线圈Wp磁化电流方向相反，Wa输出电流i2升高必然使主取能线圈Wp输出电流下降，从而Wp输出能量下降，这个过程不断重复，使二者达到平衡，此时主取能线圈Wp正好输出额定能量，同时互感器又工作在非饱和状态，不会产生声音和振动问题，解决了现有专利技术的缺点。
如图2所示，所述的保护电路包括LC滤波模块和限压模块，主取能线圈输出的感应电压先通过LC滤波模块滤波再经过限压模块限压后输出给整流稳压电路；LC滤波电路的滤波电容C1并联限压模块，限压模块包括并联的压敏电阻MOV1、防雷二级管TVS1。
卡在运行电缆上取电互感器的主取能线圈耦合到的电压为Uwp，它随着运行电缆负荷电流的变化而变化，当负荷电流在数十安到数百安的范围内变化时，Uwp也会在几伏到几十伏的范围内变化，将其变换成稳定的电压才能提供给负载应用。Uwp通过滤波电感L1，压敏电阻MOV1，防雷二级管TVS1，滤波电容C1构成的保护电路后输给整流稳压电路。
由于单芯高压电缆线路运行过程中，开、合闸时会产生电压波动，导致耦合电压Uwp产生一个持续时间为几十微秒的瞬间波动，电压可能高达上百伏，如不进行滤波及限压保护，会损坏后续电路。L1、C1用来滤波，MOV1、TVS1用来限压，通过处理，几十微秒浪涌脉冲电压会被抑制到安全范围内，确保后续电路可靠运行。整流稳压电路为典型的全波整流电路，将交流电压Uwp转换为直流电压U2，并将能量储存在储能电容上。
如图3所示，由于单芯高压电缆线路I和线路II的取能电路相同，这里仅以单芯高压电缆线路I的取能电路举例说明。
滤波电感L2、压敏电阻MOV2、防雷二极管TVS2、滤波电容C2与前述的保护电路介绍功能相同。
电阻Rwa是状态调节线圈Wa的负载电阻，当单芯高压电缆线路的运行电流较小时，如几十安时，主取能线圈处于线性工作状态，该电阻不会影响主取能线圈的工作状态。微处理器U1为PIC18F258，该芯片功耗低、抗干扰性强，是一种工业级微处理芯片，作为主回路能量监测和可控补偿负载电路的核心控制电路，负责完成当前主回路线圈能量获取、分析、并输出负载控制信号的功能。电压U2通过电阻R1与R2的分压电路把当前能量电压U_Sample送给微处理芯片U1的AD引脚，ADVref为微处理芯片进行A/D转换时所需要的参考电压信号，从标准电压芯片D3获取，不受电源电压变化影响，确保了A/D转换的精度。电阻RT1与RT2是主回路工作状态调节电阻，根据分压电阻R2上获取的电压U2大小情况，通过继电器RELAY1和RELAY2控制相应开关K1、K2的闭合接入电阻RT1、RT2，可调节状态调节线圈感应电流i2的大小。由于线圈Wa与Wp反向绕制，Wa与Wp磁化电流方向相反，Wa输出电流i2升高必然使Wp输出电流下降，从而Wp输出能量下降，这个过程不断重复，使二者达到平衡，此时Wp正好输出额定能量，同时互感器又工作在非饱和状态。当单芯高压电缆运行电流在100~300A范围内时，主取能线圈工作在饱和状态，电阻RT1的接入可使主取能互感器退出饱和工作状态进入线性工作状态；当单芯单芯高压电缆运行电流大于300A时，主取能线圈工作在深度饱和状态，电阻RT2的接入可使主取能互感器退出深度饱和工作状态进入线性工作状态。
如图4所示，能量管理电路可以将前级几伏至几十伏的直流电压转换成5V的稳定直流电压，利用二极管D5单向导通性能，给后续负载和电池供电。同时输出的5V电压还可给备用储能电池供电，确保在高压电缆线路I、II都停运后，仍能利用备用储能电池给后续负载提供一段时间能量。
Claims (1)
1.一种高压电缆外部无线电源获取装置，其特征是：包括取能单元、能量管理电路和储能电池；
所述取能单元包括取能部和调节部；
所述取能部包括主取能线圈、保护电路、整流稳压电路、储能电容；主取能线圈的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；
所述调节部包括状态调节线圈、主回路能量监测电路、可控补偿负载；所述状态调节线圈以相反方向与主取能线圈绕制在同一个磁芯，主回路能量监测电路的输入端连接前述取能部的储能电容的输出端，主回路能量监测电路的输出端连接可控补偿负载的输入端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈的输入端；
所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载。
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| CN201420287989.4U CN203911596U (zh) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 一种高压电缆外部无线电源获取装置 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104810932A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-07-29 | 国家电网公司 | 一种磁通反馈调节的电流感应取电装置及其方法 |
| CN110829619A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-21 | 长沙理工大学 | 一种具有阻抗调整功能的输电线路取能装置及其应用方法 |
| CN110995029A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-04-10 | 国网冀北电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于电磁互感自取电的恒压并联电流补偿方法 |
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