CN204361766U - 基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，包括穿心式电流互感器、AC/DC单元、信号调制单元、微波发射天线、微波接收天线、微波整流单元、充电电池、在线监测装置及穿过穿心式电流互感器的线路导线，其中，穿心式电流互感器、AC/DC单元、信号调制单元及微波发射天线顺次连接，微波整流单元的输入端与微波接收天线连接。充电电池的正负极和在线监测装置两端均与微波整流单元的输出端连接，充电电池正极与微波整流单元输出端之间的线路上设有充电管理单元，在线监测装置输入端与微波整流单元输出端之间的线路上设有电源管理单元。本实用新型应用时能量稳定、可靠性高，不会对本实用新型系统造成危害，且能降低地域和气候的影响。

Description

基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统

技术领域

本实用新型涉及输电线路在线监测领域，具体是基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统。

背景技术

在线监测技术具有自动甄别设备状态、监测信号连续等优点，近年来被越来越广泛地应用于输电线路。据初步统计，目前应用于输电线路的在线监测装置类型达20余种。输电线路在线监测装置安装在野外，其取能技术一直是个技术难题。根据四川地区冬季的统计结果，因供电不足导致的输电线路在线监测故障占到总故障的40%以上。供能问题已成为制约输电线路在线监测技术进一步发展的主要瓶颈。

目前输电线路在线监测装置的取能方式有：太阳能+蓄电池、风能+蓄电池或者风光互补+蓄电池等。其中，太阳能供电系统一般包括太阳能硅电池、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。太阳能硅电池只在光照时才能发电，不具备保存电能的能力，为了获得稳定的电源输出，保证能不间断地向负载供电，需要有蓄电池与太阳能硅电池并联连接(太阳能硅电池对电池进行充电)。在有光照充足的情况下，太阳能硅电池一面向负载供电，一面对蓄电池充电，在阴天或夜间由蓄电池向负载供电能。蓄电池可以选用铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池及镍铁电池。太阳能供电系统不同工作状态的控制转换和相应的管理策略通过基于单片机的充-放电控制电路来实现。采用太阳能对设备供电，太阳能电池板体积庞大而不利于安装，而且供电质量易受气候的影响，在南方多阴雨多雾的气候条件下供电功率明显不足。

风能供电系统一般包括小型风机、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。风机只有在有风的时候才能发电，没有保存电能的能力，所以为了向负载稳定供电，也需要加入蓄电池，引入电源管理单元。在风大的时候，风机不仅向负载供电，而且还向蓄电池充电。在无风或风机输出功率过低的时候，蓄电池放电，向负载供能。采用风能对设备供电时，风机的供电功率取决于当地的气候条件，多风时，风机能向负载稳定供电，当在无风季节或风力较少的地方，风能供电稳定性较差，因此风能供电也有地域和季节制约。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现今输电线供能制约输电线路在线监测技术进一步发展的问题，提供了一种基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其利用电流互感器直接从线路导线取能，并通过微波将电能从高压端传至低电位端，用于输电线路在线监测装置供能，其应用时能量稳定、可靠性高，不会对输电线路绝缘和设备本体造成危害，能降低地域和气候的影响。

 本实用新型解决上述问题主要通过以下技术方案实现：基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，包括穿心式电流互感器、AC/DC单元、信号调制单元、微波发射天线、微波接收天线、微波整流单元、充电电池、在线监测装置及穿过穿心式电流互感器的线路导线，所述穿心式电流互感器、AC/DC单元、信号调制单元及微波发射天线顺次连接，微波整流单元的输入端与微波接收天线连接；所述充电电池的正负极均与微波整流单元的输出端连接，充电电池正极与微波整流单元输出端之间的线路上设有监测充电电池电压、并控制充电电池正极与微波整流单元输出端之间线路通断的充电管理单元；所述在线监测装置的两端均连接在微波整流单元的输出端上，所述在线监测装置输入端与微波整流单元输出端之间的线路上设有监测微波整流单元输出电压、并在微波整流单元输出电压偏离设定值时将在线监测装置输入端切换至充电电池正极的电源管理单元。本实用新型应用时，电能由穿心式电流互感器通过电磁耦合的方式从线路导线上直接获取，获取的信号经AC/DC单元模数转换后，由信号调制单元产生射频信号，通过微波发射天线向外界发射微波，再由微波接收天线接收微波，经微波整流单元转化为直流给充电电池和在线监测装置供电。

进一步的，基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，还包括过流保护单元，所述过流保护单元连接在穿心式电流互感器与AC/DC单元之间的线路上。输电线路上传输的电流，正常情况下变化较为均衡，不会出现大起大落的瞬态电流。然而，在线路出现故障或者短路时可能伴随短路电流和冲击电流，特别是雷电冲击电流，由于其作用时间短，电力系统的继电保护装置和本实用新型应用时配备的泄流电保护单元都来不及动作，会侵入本实用新型的电路，对本实用新型的系统安全造成威胁。冲击电流对本实用新型的影响反映在电气和力学两方面。一方面，冲击电流使穿心式电流互感器的输出感应瞬态高电压；另一方面，冲击电流产生巨大电动力毁坏线路，冲击电流幅值高、变化快，所以穿心式电流互感器二次侧会产生瞬时峰压，其持续时间极短，可能造成二次电压急剧升高，在穿心式电流互感器二次侧形成高压尖脉冲。本实用新型通过设置过流保护单元可快速吸收多余的能量，将电压控制在电路能够承受的范围，避免对穿心式电流互感器副边各器件造成的干扰和损坏，保证本实用新型的安全运行。

进一步的，所述过流保护单元采用瞬态电压抑制器。

进一步的，所述AC/DC单元采用桥式整流电路。

进一步的，所述信号调制单元采用PLL锁相环芯片。

为了便于能量的定量传输，进一步的，所述微波发射天线和微波接收天线均采用喇叭天线。

进一步的，所述微波整流单元采用HSMS-282B二极管。

进一步的，所述充电管理单元包括单刀单掷开关及监测充电电池是否饱和来控制单刀单掷开关分合闸的电源监测模块。其中，单刀单掷开关常期处于合闸状态，若电源监测模块监测到充电电池电压饱和时，单刀单掷开关分闸。

进一步的，所述电源监测模块采用TPS383X芯片。

进一步的，所述电源管理单元包括单刀双掷开关及监测微波整流单元输出电压并控制单刀双掷开关的动触点在单刀双掷开关两个静触点切换的电压监测模块，所述单刀双掷开关的一个静触点连接在充电管理单元与微波整流单元输出端之间的线路上，其另一个静触点与充电电池正极连接。本实用新型通过单刀双掷开关的动触点分别与两个静触点接触，来实现在线监测装置供电电能的切换。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型利用穿心式电流互感器在线路导线上取得电能，通过微波向在线监测装置进行无线能量传输，本实用新型整体结构简单、易于实现、成本低，并能降低地域和气候的影响；本实用新型虽然从母线高压端取能，但通过微波传输能量，所以绝缘问题能较好解决，不会对输电线路绝缘和设备本体造成危害，具有很好的稳定性、可靠性及持续性，可大规模推广。

（2）本实用新型包括过流保护单元，在过流保护单元的作用下可快速吸收多余的能量，将电压控制在电路能够承受的范围，避免对穿心式电流互感器副边各器件造成的干扰和损坏，保证设备安全运行。

（3）本实用新型还包括充电管理单元和电源管理单元，其中，充电管理单元能自动监测充电电池状态，并控制对充电电池进行充放电，电源管理单元可以根据线路电流及负载的状况，及时调整充电电池的工作状态，保证系统可靠供电，进而使本实用新型能向在线监测装置提供稳定的电能输出。

（4）本实用新型利用穿心式电流互感器从线路导线上获取能量，穿心式电流互感器具有变压器能量传输的功能，可以将电网高电压能量传递到低电的二次侧，并能将二次侧设备以及二次系统与一次系统高压设备在电气方面很好地隔离，如此，本实用新型应用时能保证二次设备和人身的安全。

（5）本实用新型针对输电线路在线监测装置的传感器工作于低压侧，从高压侧取能需架设电线，对绝缘要求高的特性，并根据微波在空气中传输的过程中损耗极小的特性，本实用新型采用微波输能的方式，实施起来简单、方便，可以为不便于架设输电线的地方，提供另一种高效的输电方式及有效途径。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

 附图中附图标记所对应的名称为：1、线路导线，2、穿心式电流互感器，3、微波发射天线，4、微波接收天线，K1、单刀单掷开关，K2、单刀双掷开关。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，包括线路导线1、穿心式电流互感器2、AC/DC单元、信号调制单元、微波发射天线3、微波接收天线4、微波整流单元、充电电池5、在线监测装置、充电管理单元及电源管理单元，其中，本实施例的穿心式电流互感器2通过其铁芯套在线路导线1上获取电能，即线路导线1穿过穿心式电流互感器2。本实施例的穿心式电流互感器2、AC/DC单元、信号调制单元及微波发射天线3顺次连接，微波整流单元的输入端与微波接收天线4连接，AC/DC单元具体与穿心式电流互感器2的二次线圈连接。本实施例的AC/DC单元采用桥式整流电路，微波发射天线3和微波接收天线4均采用喇叭天线，微波整流单元采用HSMS-282B二极管。本实施例的信号调制单元采用PLL锁相环芯片，具体采用ADF4360-0BCPZ的PLL锁相环芯片，该芯片的输出频率范围是 2400-2725MHz，符合微波无线能量传输 2.45GHz的要求；该芯片将压控振荡器直接集成，节省了设计时间与材料，降低了设计难度，也提高了压控振荡器的各种参数性能。

本实施例的微波整流单元具有两个输出端，充电电池5的正负极分别与微波整流单元的两个输出端连接，充电管理单元设于充电电池5正极与微波整流单元输出端之间的线路上，充电管理单元用于监测充电电池5电压，并控制充电电池5正极与微波整流单元输出端之间线路通断。充电管理单元在具体控制时若充电电池5饱和，充电管理单元使充电电池5正极与微波整流单元输出端之间线路断开，若充电电池5未饱和，充电管理单元使充电电池5正极与微波整流单元输出端之间线路接通。

本实施例中在线监测装置的两端分别连接在微波整流单元的两个输出端上，电源管理单元设于在线监测装置输入端与微波整流单元输出端之间的线路上，电源管理单元用于监测微波整流单元输出电压，并在微波整流单元输出电压偏离设定值时将在线监测装置输入端切换至充电电池5正极。作为优选，本实施例中微波整流单元输出电压的设定值为5V。

实施例2：

为了将电压控制在本实施例中电路能够承受的范围内，本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括过流保护单元，其中，过流保护单元连接在穿心式电流互感器2与AC/DC单元之间的线路上，过流保护单元连接穿心式电流互感器2的一端具体与穿心式电流互感器2的二次线圈连接。本实施例在具体设置时，过流保护单元采用瞬态电压抑制器。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的充电管理单元包括单刀单掷开关K1和电源监测模块，电源监测模块采用TPS383X芯片，本实施例在微波整流单元输出端并联充电电池5形成充电支路，该充电支路由单刀单掷开关K1和充电电池5组成。单刀单掷开关K1的控制变量为充电电池5的充电状态，通过电源监测模块获得。当电源监测模块监测到充电电池5为充满状态时，这时电源监测模块的逻辑判断单位输出“Y”值，控制单刀单掷开关K1处在分闸位置；当电源监测模块监测到充电电池5的为未充满状态时，这时电源监测模块的逻辑判断单位输出“N”值，控制单刀单掷开关K1处在合闸位置。

实施例4：

本实施例在实施例1～实施例3中任意一个实施例的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的电源管理单元包括单刀双掷开关K2和电压监测模块，其中，单刀双掷开关K2的一个静触点连接在充电管理单元与微波整流单元输出端之间的线路上，其另一个静触点与充电电池5正极连接。本实施例的电压监测模块采用CE8808芯片，电压监测模块监测微波整流单元输出电压并控制单刀双掷开关K2的动触点在单刀双掷开关K2两个静触点切换。本实施例在具体应用时，单刀双掷开关K2的控制变量是电压监测模块监测到的微波整流单元输出电压，当微波整流单元输出电压为预设电压时，电压监测模块判断输出“Y”，控制单刀双掷开关K2连接触头1直接给在线监测装置供电；当微波整流单元输出电压偏离预设电压时，电压监测模块判断输出“N”，控制单刀双掷开关K2连接触头2，通过充电电池5为在线监测装置供电。

如上所述，可较好的实现本实用新型。

Claims (10)

1.基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，包括穿心式电流互感器（2）、AC/DC单元、信号调制单元、微波发射天线（3）、微波接收天线（4）、微波整流单元、充电电池（5）、在线监测装置及穿过穿心式电流互感器（2）的线路导线（1），所述穿心式电流互感器（2）、AC/DC单元、信号调制单元及微波发射天线（3）顺次连接，微波整流单元的输入端与微波接收天线（4）连接；所述充电电池（5）的正负极均与微波整流单元的输出端连接，充电电池（5）正极与微波整流单元输出端之间的线路上设有监测充电电池（5）电压、并控制充电电池（5）正极与微波整流单元输出端之间线路通断的充电管理单元；所述在线监测装置的两端均连接在微波整流单元的输出端上，所述在线监测装置输入端与微波整流单元输出端之间的线路上设有监测微波整流单元输出电压、并在微波整流单元输出电压偏离设定值时将在线监测装置输入端切换至充电电池（5）正极的电源管理单元。

2.根据权利要求1所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，还包括过流保护单元，所述过流保护单元连接在穿心式电流互感器（2）与AC/DC单元之间的线路上。

3.根据权利要求2所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述过流保护单元采用瞬态电压抑制器。

4.根据权利要求1所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述AC/DC单元采用桥式整流电路。

5.根据权利要求1所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述信号调制单元采用PLL锁相环芯片。

6.根据权利要求1所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述微波发射天线（3）和微波接收天线（4）均采用喇叭天线。

7.根据权利要求1所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述微波整流单元采用HSMS-282B二极管。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述充电管理单元包括单刀单掷开关（K1）及监测充电电池（5）是否饱和来控制单刀单掷开关（K1）分合闸的电源监测模块。

9.根据权利要求8所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述电源监测模块采用TPS383X芯片。

10.根据权利要求1～7中任意一项所述的基于微波传输的输电线路在线监测装置取能系统，其特征在于，所述电源管理单元包括单刀双掷开关（K2）及监测微波整流单元输出电压并控制单刀双掷开关（K2）的动触点在单刀双掷开关（K2）两个静触点切换的电压监测模块，所述单刀双掷开关（K2）的一个静触点连接在充电管理单元与微波整流单元输出端之间的线路上，其另一个静触点与充电电池（5）正极连接。